Особенности деревянных и металлических двутавровых балок для перекрытий

Двутавровые балки применяются для создания перекрытий между этажами, лестницами, на чердаках, балконах и мансардах.
Их отличие от обычных профильных балок состоит в том, что они имеют более легкий вес и своеобразную форму, за счет чего быстрее происходит их монтаж.

Двутавровые балки перекрытий бывают деревянными и металлическими, но они встречаются также и в виде ЖБИ.

Каковы основные особенности двутавров, из чего состоит их конструкция, какие нормативные требования к изделиям предъявляются, нюансы монтажа и средняя рыночная стоимость в РФ, предлагаем узнать из представленной статьи.

Особенности двутавров

Главной особенностью изделий данного типа является то, что они сделаны в виде горизонтального бруса, который при схематическом изображении толщины (сечения), в разрезе напоминает буку Т на подложке, или, если повернуть балку в другую сторону – толстую букву Н. Также внешний вид некоторые специалисты считают отдаленно похожим на рельсы.

Форма изделий в виде буквы Н сделана для удобства монтажа различных типов конструкций, в которых двутавровым балкам отводится важная укрепляющая и несущая роль. Но особое значение они имеют в качестве одного из элементов основы перекрытий любого возводимого строения.

Стандартный размер двутавра имеет вид: 14,0 х 73 х 7,5 (см), но встречаются и другие его разновидности. Каждое изделие имеет в наличии собственную маркировку, в виде буквенно-цифровых обозначений.
Двутавры обладают хорошим и качественными характеристиками, важными из которых являются прочность, устойчивость и возможность выдержки несущих конструкций.

В строительстве балки устойчивы к высоким нагрузкам и внешним проявлениям атмосферных перепадов. Также они не реагируют на механические воздействия, имеют высокие показатели плотности к сжатию, идеально адгезируются с различными типами веществ. Перечисленные особенности позволяют использовать изделия при постройке конструкционных элементов каркасных зданий и сооружений.

Двутавровые балки широко используются не только в строительстве частных домов, но и при возведении промышленных построек. Изделия незаменимы в работе с ЖБ-плитами, лестницами, пролетами, кровлей.

Двутавры имеют легкий вес, что удобно при транспортировке и монтаже. Для крепления материалов используют уголки, анкеры, заклепки, болты, сварку, металлические крючки, лаги.

Достоинства

Преимущества конструкций:

• универсальность строительного материала заключается в том, что его применяют для формирования опорного каркаса кровли, черновых полов и опалубки перекрытий;
• вес деревянных двутавров (1 погонный метр колеблется в пределах от 3,2 до 5,8 кг) позволяет монтировать конструкции без привлечения грузоподъемных механизмов;
• высокая скорость монтажа перекрытий сокращает сроки малоэтажного строительства;
• прочностные характеристики не уступают показателям аналогичных конструкций из металла и бетона;
• ДДБ перекрывают пролеты длиной до 15 м;
• высокая звукоизоляция и низкая теплопроводность обеспечивают комфортные условия пребывания людей в доме;
• простота изготовления балок позволяет наладить их производство в домашней мастерской;
• пропитка антисептиками и огнезащитными составами значительно повышают безопасность эксплуатации конструкций;
• форма поперечного сечения позволяет в продольных проемах балок прокладывать коммуникации различного назначения, что увеличивает объем и полезную площадь помещений;
• цены на ДДБ существенно ниже стоимости аналогичных изделий из других материалов.

Виды

Самые распространенные двутавры – металлические и деревянные. ЖБИ выполняют на заказ для панельных домов из монолита и железобетона. Первый тип производят из хороших профилей (качественных марок стали), их делят на:

• горячекатаные;
• сварные.

Горячекатанные балки получают в заводских изделиях путем выплавки при высокой температуре (прокатка стана), из углеродистой и прокатной стали, а также алюминиевых сплавов. Сварные формируют в цехах специальной техникой сварки, которая придает изделиям характерную форму, не подверженную скручиванию.
Плюсами изделий из горячетканного материала считаются:

• отсутствие швов (монолитность):
• большой выбор типоразмеров;
• наличие в продаже (есть на рынке всегда).

Деревянные вырезаются на фабричных станках с помощью плотницких приспособлений. Они бывают как цельные, так и сформированные из трех частей.
Железобетонные двутавры готовят в специальных формах, путем заливки по армированным прутьям состава бетона высокой марки (М300, 400, 500).

Каждый из представленных двутавров, в зависимости от вида, подходит для возведения гражданских и промышленных объектов, поэтому имеет соответствующие технические характеристики, к которым относят прочность, плотность, устойчивость к температурным и механическим воздействиям, воде и огню.

Так, например, изделия из дерева пропитывают специальными составами, которые препятствуют возгоранию, и могут долго не воспламеняться, если в здании начался пожар.

Самая популярная в строительстве двутавровая многоразовая балка из хвойных пород деревьев – БДК-1. Она имеет сечение 40 х 80 (мм), и следующие стандартные размеры:

• 1 500-4 500 (мм) – длина;
• 80 (мм) – ширина;
• 200 (мм) – высота.

При этом врезка зубьев в древесину или плотную фанеру составляет 13 (мм). При этом древесные двутавровые балки крепятся не только на крепежные элементы, но и на клей самой высокой плотности (D4000), например, «KESTOKOL».

Недостатками металлических двутавров считают увеличение веса конструкции и нагрузка на фундамент, у сварных – трудоемкость процесса.

Также по классификации, помимо стандартных (Б), различают двутавры широкополочные (Ш), колонные (К), монорельсные (М), специальные (С), узкополочные (У), дополнительные (Д), которые широко применяются в народном хозяйстве для возведения построек различного характера и сложности.

Преимущества

Перекрытия по деревянным балкам, собранные из двутавров из-за своего небольшого веса не оказывают значительную нагрузку на опоры, при этом сами имеют высокую нагрузочную способность. Легкие и прочные деревянные балки перекрытия пролета, в отличие от железобетонных, не требуют применения тяжелой грузоподъемной техники. Использовать их можно при любых климатических условиях. Конструкции, возведенные из деревянных двутавров, выдерживают сильные шквалистые ветра и сейсмические волны. Полностью отвечают СНиП. Настил пола, например, с их помощью делается намного быстрее, полы не пружинят и не скрипят.

Другие плюсы двутавровых балок:

• экологичные;
• огнеупорные;
• имеют длительный срок службы;
• повышенная прочность позволяет использовать на больших пролетах;
• отсутствие изменений геометрических параметров: скручивания, деформации, усыхания;
• полностью заменяет металлические элементы, обеспечивая ровный настил пола или перекрытие потолка;
• универсальное, многофункциональное использование;
• легкость и быстрота при монтаже;
• небольшой срок проведения работ, экономия за счет этого трудозатрат;
• возможность использования для настила пола без бетонной стяжки.

Двутавровые деревянные балки без труда распиливаются, не требуя специальных пил. Уникальная прочность двутавров, тем не менее, позволяет проделывать необходимые отверстия, а конструкция удобна для прокладки внутренних коммуникаций.

Важно!Деревянное перекрытие из двутавров строго выдерживает заданные размеры, не поддаваясь воздействию природных осадков и перепадов температур в течение всего срока эксплуатации.

Стоимость балок невысока и зависит от их длины и высоты в сечении. Чтобы возвести чердачное перекрытие по деревянным балкам, лучше использовать деревянные двутавры, это обезопасит ваш дом от усадки, трещин и продлит срок его службы.

Основные требования к изделиям

Важные технические требования для двутавров обозначены в технических нормативах, к которым относят:

1. 
   Для металлических:

   ГОСТ 19425-74;
2. ГОСТ 26020-83;
3. ГОСТ 8239-89;
4. ГОСТ Р 57837-2017.
5. Для деревянных:
   ГОСТ 4981-87;
6. ГОСТ 30244-94;
7. СНиП 2.08.01-89.
8. Для ЖБ-изделий:
   ГОСТ 20372-90;
9. ГОСТ 24893.0-81.

Перечисленные технические нормативы в начальных разделах всегда предлагают отсылки к другим ГОСТам, СНиПам и СТО. Они касаются используемого материала, расчетов, распределения по размерам, условий хранения и других важных нюансов. Но общим для всех требований является то, что они должны быть:

• крепкими и прочными;
• маркированными, в зависимости от типа;
• устойчивыми после монтажа;
• хорошо адгезироваться с различными веществами и элементами крепежа, используемыми для строительных и отделочных работ;

• 
  правильно распределять нагрузку, с учетом воздействия на фундаментную основу;

• быть пожароустойчивыми, сейсмостойкими, водостойкими и морозоустойчивыми;
• использоваться одновременно с пароизоляцией и гидроизоляцией;
• иметь различные типоразмеры;
• изготавливаться из качественных материалов, произведенных в заводских условиях;
• обладать долговечностью при эксплуатации.

Требования могут дополняться и изменяться, так как строительные технологии с каждым годом развиваются и расширяются. Готовые изделия всегда можно приобрести в специализированных магазинах, на сайтах производителей или у их прямых партнеров.

Длина двутавровой балки может достигать 12-15 (м). Если для строительства промышленного объекта нужны двутавры большей длины, предприятие делает для заказчика индивидуальный заказ.

Технические характеристики и размеры

Данные качества касаются таких понятий, как прочность, габариты и вес изделий, требования к которым указаны в нормативных документах – ГОСТах и СНиПах (перечислены в разделе выше). Двутавровые балки по своим техническим характеристикам должны обладать следующими качествами:

1. Обеспечивать достаточную прочность, устойчивость и жесткость всей конструкции.
2. Надежно фиксировать отдельные элементы каркаса.
3. Снижать нагрузку и равномерно распределять ее по отношению к фундаментному основанию.
4. Быть морозоустойчивыми и пожаробезопасными.
5. Соответствовать маркировке (Н, Ш, М, К, С, А, В, Б) и распределению длины: мерная, немерная, кратная.
6. Кривизна двутавровой балки не может составлять более 2% длины.
7. Прогиб стенки, обозначаемый в расчетах, как f, не может быть более 0, 15 (S).

Таблицу технической характеристики для двутавровой балки можно представить таким образом, как на фото ниже:

На фото указаны длина, ширина, количество изделий в 1 т, сечение, заводской присвоенный номер. По маркировке балки определяется не только высота изделия, но и его работоспособность, а также последовательность расчетов.

Правила техники безопасности

Выполняя монтажные работы по установке двутавровых балок, изначально их нужно закрепить при помощи временных элементов, которые затем меняют на постоянные стационарные фиксаторы. По технике безопасности категорически запрещается начинать эксплуатацию балок, пока мастера не снабдят их обвязкой, и не будут сняты временные держатели.

Демонтаж можно проводить лишь после того, как мастера удостоверятся в наличие обвязки на балках. Закрепленные исключительно временными фиксаторами, двутавровые перекрытия способны выдержать только вес рабочих и монтажного оборудования. Очень важно знать, что бракованные или деформированные балки не ремонтируются своими руками или на производстве и не могут быть установлены на свои посадочные места, ни при каких обстоятельствах.

Принцип расчета

Проведение расчетов двутавров основано на том, что низ его работает на растяжение, а верхняя – на сжатие. При этом стенки принимают поперечные силовые нагрузки.

Из дерева

Характеристики и показатели деревянных двутавров указаны в приложениях нормативов ГОСТов, и имеют вид таблиц, как на рисунке ниже:

Используя данные таблицы, характеризующие древесину, при расчетах используются следующие величины:

• общая высота;
• толщина;
• модули – растяжения, изгиба, сжатия и упругости;
• глубина паза;
• длина самого пролета;
• шаг балок;
• показатель нормативной нагрузки;
• процентные условия эксплуатации изделия, зависящие от влажности и других атмосферных величин.

Используются также многочисленные коэффициенты, которые используются профессиональными инженерами. Для двутавров используют такие формулы, как:

Xd = kmod х Xk/γm – определение прочности и расчет сопротивления, где:

• Хk – норма прочности;
• kmod – коэффициент нагрузки и содержания влаги;
• γm – коэффициент, характеризующий материал.

Ed = Emean / γm – элементная жесткость, где:

• Ed – показатель жесткости;
• Emean – средний модуль упругости.

Используемый частный коэффициент (γm), согласно нормативам, чаще всего равен показателю 1,2. Поскольку двутавры различаются друг от друга по показателям качества древесины, то и расчет у них неодинаковый. Большое значение уделяется дополнительным коэффициентам и показателям, например, гибкости элемента двутавра λ, который вычисляется по формуле:

λ = SQR(12) х (Lc/b), где:

• Lc – длина поверхности между сечениями, если происходит сжатие;
• b – показатель ширины балки.

Пример:

Рассчитать гибкость полки, если двутавры имеют шаг 1,25 (м). Указано, что у них не между собой промежуточных распорок, за исключением концов.

Решение:

Согласно условию задачи, длина поверхности между сечениями при сжатии Lc = L = 4 (м). Исходя из общей формулы, определяем коэффициент гибкости полки:

λ = 3.464 * 4 / 0.075 = 185

Ответ: коэффициент равен 185.

Металлических

Для металлических двутавров чаще всего рассчитывают прогиб, а также изгиб, которые применяются для балочных типов, номеров 1-6. Здесь можно воспользоваться удобным калькулятором расчета, при отсутствии времени, по типам двутавров, можно при помощи онлайн-калькуляторов. Так, например, в этом может помочь сайт.

При расчетах металлических двутавров всегда используют показатели:

• A и B – расстояния от основной опоры до точки нагрузки;
• L – длина пролета (по минимуму);
• Fmax – балочный прогиб по максимуму, согласно технической таблице внизу:

В расчетах со стальными двутаврами также используют величины: количество (К), Ry – показатель сопротивления, Fбалки – прогиб и запас (З), сечение (М). Для удобства проведения математических расчетов часто используют онлайн-калькуляторы, один из которых здесь. Данный калькулятор проводит расчеты в отношении консольных и опорных балок, где используется также q – масса изделия в кг/м.
Пример:

Необходимо вычислить прогиб для балок – максимальный момент сопротивления сечения Му, если L = 4,5 (м) уложена параллельно короткой стены, q = 6, количество балок равно 8.

Решение:

Согласно формуле, учету веса по таблице СНиПа:

My = (q х L2) /8 = 6 х 4502/8 = 151875 (кгс/см2).

Ответ: 151875 (кгс х см).

Пример 2, который можно соединить с показателем первого примера.

Максимальный момент сопротивления балки Wy, при указанном условием расчетном сопротивлении стали (2150 кгс/см2) рассчитать легко, на основании деления изгибающего момента на показатель сопротивление стали. В соответствии с формулой, это будет выглядеть так:

Wy = 151875 / 2150 = 70,6 (см3).

Ответ: 70,6 (см3) – максимальное сопротивление двутавра данного типа.

Величины, использующиеся в различных расчетах двутавровых балок, имеют следующий вид:

Использовать для работы можно этот калькулятор.

При выборе габаритов двутавра учитываются тип и характеристики возводимого объекта, а также нагрузки на конструкцию здания.

Подшиваем потолок

Следующий этап предельно прост: на нижние полки деревянного двутавра укладывают подшивочную доску произвольной толщины, которая фиксируется произвольным способом. Доски также допускается укладывать с зазором, используя черновую подшивку как опору для теплоизоляции, особенно когда речь идет о плотных материалах вроде каменной ваты или ППС. Это несколько снизит собственный вес перекрытия.

Доски не следует подгонять слишком плотно, оставляйте по 3–5 мм зазор на деформацию при усушке. Если же вы хотите сразу заложить вагонку под лак, оставляя балки открытыми, потрудитесь изолировать утеплитель от просыпания и выветривания, оставляйте зазор на торцах реек не менее 2–3 мм.

Вы также можете отказаться от подобной закладки досок и подшивать потолок, скажем, ДСП. Однако описанный подход позволяет избежать простоев: все-таки готовый потолок монтируется небыстро, а перекрытие использовать нужно.

Процесс монтажа своими руками

Этапы монтажа двутавровых балок из дерева по техническим нормам включают в себя следующие шаги:

1. На цементную стяжку несущих стен или деревянные прокладки, укладывают доски, которые с помощью анкеров крепят к заранее установленным конструкциям (ограждениям).
2. На них укладывают балки, имеющие шаг 50-60 (см), или другой, согласно проекту, но не менее представленных величин.
3. Балки прикрепляют к доскам с помощью гвоздей и саморезов, концы их обязательно оборачивают гидроизолятором.
4. Поперечные связи между изделиями формируют за счет распиливания балки на отрезки.
5. Низ подшивают OSB листами или плотной фанерой.

Все остальные работы с обустройством слоев проводятся по принятому плану работ. Иногда, в домах из оцилиндрованных бревен балки могут устанавливаться с помощью врезки или врубки. Для этого в стенах формируются проемы заданной глубины и толщины. Укрепляются балки профилированными изделиями, пластинами, анкерными соединениями.

Металлические двутавры устанавливаются чаще в монолитных, кирпичных и панельных домах прямо по армированному поясу, с учетом размеров шагов:

1. Шов пояса могут приваривать и укреплять крупными болтами по сделанным отверстиям.
2. Все проходы и отверстия зажимаются хомутами и надежно привариваются к армировке конструкционной стены.
3. Низ подшивается материалом, который задуман по проекту, или формируется опалубка, и делается черновой пол из монолита.

ЖБ-балки крепятся по типу металлических. Они имеют монтажные петли, с помощью которых их удобно укладывать, а затем их приваривать к армированным прутьям армопояса. Затем занимаются обустройством перекрытия, и формированием слоев пирога чердака.

В процессе работы необходимо строго соблюдать технику безопасности и последовательность действий монтажа. От качества уложенных балок, учета строительных нюансов (маркировки, состава, крепежа) зависит качество формирования черновой поверхности чердачного, межэтажного или лестничного перекрытия.

Практическое применение балок

Обширное применение деревянных двутавров очевидно из разнообразия их видов и типоразмеров. После обработки огнезащитными или гидрофобизирующими составами балки приобретают дополнительные свойства и становятся пригодными для большинства проектов «сухого ремонта». На них, в частности, можно соорудить неплохой и очень теплый пол, стены, перегородки или стропильную систему.

Практически сразу после монтажа конструкция готова к обшивке гипсокартоном. Помимо ГКЛ не возбраняется использовать гипсовую штукатурку, дранку и цементную штукатурку либо любой из видов сайдинга.

Для примера рассмотрим процесс сборки простого межэтажного перекрытия с наполнителем из минеральной ваты высокой плотности (120–140 кг/м3) толщиной 250 мм с допустимой нагрузкой в 400 кг/м2 и длиной пролета 8 метров.

Плюсы и минусы использования

Многочисленные отзывы на социальных площадках в отношении двутавров позволяют узнать от специалистов и пользователей следующие преимущества любого типа двутавровых балок:

1. Выдерживание нагрузок и распределение их, без влияния на фундаментную основу.
2. Прочность, жесткость и долговечность.
3. Удобство транспортировки.
4. Несложный монтаж.
5. Большой выбор изделий, возможность индивидуальных заказов у производителей.
6. Нулевой крутящий момент.
7. Устойчивость к механическим, сейсмическим и атмосферным воздействиям.
8. Монолитность и устойчивость швов у стальных изделий.
9. Доступность в цене.
10. Высокая несущая способность.
11. Отсутствие растрескивания и деформации.

Минусами пользователи считают:

1. 
   У деревянных – низкий показатель огнестойкости, из-за особенностей материала.

2. У металлических – склонность к коррозии.
3. У ЖБ – постепенное разрушение.
4. Возможность производства изделий только на крупных предприятиях.

Плюсом для двутавров является также то обстоятельство, что монтаж с ними можно проводить круглый год.

Типичные ошибки

Разберемся, что нужно учесть, чтобы не сделать опасные оплошности, и что может пойти не так при производстве балок.

Ошибка №1

Приобретение неподготовленного сырья. Если вы решили самостоятельно сделать двутавровые деревянные балки для перекрытия, то нужно не забывать о том, что в условиях производства все изготавливается по особой технологии, и применяется калиброванная сухая фурнитура, что не дает балкам и доскам перекручиваться и приобретать неправильные формы.

Ошибка №2

Приобретение и использования неподходящего или чересчур дешевого клея. Например, как бы ни был привлекателен выбор смоляного клеевого состава, это абсолютное нет при работе с двутавровыми балками. У эпоксидной смолы очень плохие клеящие свойства, и для ее затвердевания нужно слишком большое количество времени.

Конечно же, стоит отметить, что не подойдет клей ПВА, какими бы волшебными клейкими свойствами он ни обладал. Клей «Момент» тоже неуместен в данном случае.

Ошибка №3

Неверное сопряжение самих балок. Здесь надо понимать, что это не простые деревянные, но двутавровые балки, и крепить их внахлест – большая ошибка. Их необходимо приложить встык и закрепить пластинами.

Нельзя использовать перфорированную ленту, чтобы впоследствии балки не опрокинулись. Нужно использовать точные расчеты по калькулятору.

Ошибка №4

Использование неправильных крепежей. Самым несуразным кажется использование строителями монтажной пены для заделывания отверстий. Закладка должна быть строго специальная. Возбраняется использовать неправильный доугун, это нарушит несущую способность перекрытия, и вся конструкция может обрушиться.

Не используются также в отношении двутавровых балок обыкновенные шурупы, так как сами по себе они не выдерживают серьезные нагрузки. Следует помнить, что шурупы не являются конструкционными деталями – они могут лишь прикрепить что-то легкое по весу

Обратите также внимание на доугун – если его высота недостаточна, то использовать нельзя. Размер тоже имеет значение – маленький кронштейн недопустим

Ошибка №5

Использование сторонних деталей, не предусмотренных конструкцией. Не нужно ничего дополнительно подкреплять просто «для страховки». Обычное крепление двутавровых балок и так плотное и не требует излишних деталей. На рисунке показаны типичные ошибки при монтаже.

Средние цены по РФ

Стоимость всех двутавровых балочных изделий на март 2022 г. составляет, в среднем, по РФ:

1. Стальные:
   за 1 т – 51 700 рублей;
2. за 1 м – от 845 до 16 350 рублей.
3. Деревянные:
   1 м – от 220, 300, 430 до 900 рублей.
4. ЖБ:
   1 шт. – от 850 до 4 500 рублей, до 22 340 – подкрановые, самые большие.

На общую стоимость влияют размеры и количество двутавровых балок. Имеет значение также страна (производитель) и регион РФ. Самые дорогие расценки на двутавры в МО, СПБ и северных областях.

Прайсы с расценками присутствуют на сайтах официальных производителей двутавровых балок.