Чердачное перекрытие по деревянным балкам: сечение и шаг

В доме с холодной крышей перекрытие над верхним этажом собирают из деревянных балок. Они держат утеплитель, пароизоляцию и потолок комнат снизу, ходовые мостки на чердаке, а в висячей стропильной системе ещё и принимают распор стропил. Сечение и шаг балок подбирают расчётом: нагрузки — по СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия», сами деревянные элементы — по СП 64.13330 «Деревянные конструкции».

Ниже — какие нагрузки входят в расчёт, почему сечение зависит прежде всего от пролёта, какой прогиб допускает СП 20 и как балки опирают на кирпич, газобетон и деревянные стены. Как утепляют само перекрытие и проветривают чердак, рассказано в статье о холодном чердаке. Сколько досок выйдет в кубометре, посчитает калькулятор досок в кубе.

Что несут балки

• Постоянная нагрузка — сами балки, утеплитель, пароизоляция и мембрана, обшивка потолка снизу, настил или мостки сверху. Вес материалов берут у производителя.
• Временная нагрузка — люди, которые поднимаются на чердак, и то, что туда заносят. Таблица 8.3 СП 20.13330 задаёт для чердачных помещений не меньше 0,7 кПа — около 70 кг на 1 м².
• Распор стропил. В висячей системе балка перекрытия может служить затяжкой: она связывает пару стропил внизу и работает на растяжение. Как стропило соединяют с такой балкой, рассказано в статье о креплении стропил.
• Стойки. Стойки под коньковый прогон ставят на внутреннюю стену или на перекрытие над ней. Если стойка стоит на балке, на балку приходит сосредоточенная нагрузка, и её учитывают в расчёте.

Для проверки прочности нормативные нагрузки умножают на коэффициенты надёжности по СП 20:

Если чердак станет жилым

Для жилых помещений — в таблице 8.3 это строка «Квартиры жилых зданий» — нормативная нагрузка 1,5 кПа вместо 0,7, вдвое с лишним выше. К ней добавляются пол, отделка и мебель. Перекрытие, рассчитанное под холодный чердак, такую нагрузку выдержать не обязано.

Поэтому если чердак со временем может стать мансардой, перекрытие сразу считают под жилой этаж. А над уже построенным домом мансарду начинают с проверки стен и перекрытия: если запаса не хватает, перекрытие усиливают до надстройки. Что проверяют в старом деревянном доме, разобрано в статье о надстройке, а как идут работы — на странице о мансарде под ключ.

Сечение и шаг балок

Балка перекрытия работает так же, как стропило. Прочность сечения на изгиб растёт с квадратом его высоты, жёсткость — с кубом, а изгибающий момент — с квадратом пролёта, прогиб — с его четвёртой степенью. Поэтому балки ставят на ребро, а длинный пролёт делят опорой — внутренней несущей стеной. Цифры для разных сечений и пролётов приведены в статье о сечении стропил.

По п. 9.17 СП 64 балки рассчитывают по двум группам предельных состояний: на прочность, устойчивость плоской формы деформирования и прогиб. Высокую узкую балку под нагрузкой может вывернуть вбок, поэтому её раскрепляют настилом, обрешёткой потолка или связями между балками — как, задаёт расчёт.

Нагрузка на балку пропорциональна шагу: каждая балка несёт полосу перекрытия шириной в шаг. Шаг подбирают вместе с сечением и подгоняют под утеплитель. Плиты ставят между балками враспор, поэтому расстояние между балками в свету сверяют с шириной плит у производителя.

Прогиб

Потолок комнаты под перекрытием открыт для обзора, поэтому предел прогиба берут по позиции 2 а) таблицы Д.1 СП 20.13330. СП 64 отсылает к этим пределам.

Пролёт здесь — расстояние между точками опирания балки. Если пролёт вырастает с 4 до 6 м, прогиб при той же нагрузке на метр становится примерно в 5 раз выше, а предел — лишь немного свободнее. Лишний прогиб виден снизу: потолок провисает, а отделка трескается по стыкам листов и у стен.

Опирание на стены

• Кирпич. Балку заводят в гнездо в кладке или кладут на стену. По п. 9.50 СП 64 в местах опирания на каменные стены под дерево кладут гидроизоляционные прокладки. По п. 9.48 зазоры между стенками гнезда и опорной частью балки наглухо не заделывают: конец балки должен проветриваться.
• Газобетон. Прямо на блоки балки не кладут. По верху стены заливают армопояс, и балки опираются на ровный бетонный пояс, который раздаёт нагрузку по длине стены, — подробнее в статье об армопоясе. Между бетоном и деревом — та же гидроизоляционная прокладка.
• Брус и бревно. В деревянном доме балки заводят в венец или кладут на него — узел задаёт проект. Концы балок, как и венцы, обрабатывают защитным составом до монтажа.

Глубину опирания и крепление балок к стене или поясу — анкерами, уголками, врубкой — задаёт проект. Если балка служит затяжкой, над опорой к ней крепят стропило, и этот узел передаёт балке распор — его собирают по проекту.

Дерево и обработка

• Сорт и влажность. На балки идёт сухой пиломатериал без крупных сучков и сквозных трещин: сорт хвойных пиломатериалов по ГОСТ 8486 определяют по порокам древесины. Сырая балка при высыхании коробится, и потолок становится неровным.
• Размер. Сечение меряют при приёмке: доска 45 × 190 мм вместо 50 × 200 примерно на 19 % слабее на изгиб и на 23 % мягче.
• Огнебиозащита. Состав наносят до монтажа, со всех сторон, и первыми — торцы и концы, которые уйдут в стену: через торец влага проникает в дерево быстрее, чем через боковую поверхность. Подробнее — в статье о защите древесины.

Утеплитель и пароизоляция

Утеплитель кладут между балками плотно, без щелей, а сверху — второй слой поперёк балок. Дерево проводит тепло лучше минеральной ваты, и без поперечного слоя балки становятся мостиками холода. Высота балки задаёт толщину слоя между ними, а недостающее добирают поперечным слоем. Толщину считают по СП 50.13330 «Тепловая защита зданий» — для Московской области выходит порядка 150–200 мм минеральной ваты.

Снизу, со стороны комнат, кладут сплошную пароизоляцию со стыками на скотче, сверху — ветрозащитную мембрану. Если на чердак ходят, по балкам делают ходовой настил, чтобы не мять утеплитель. Подробно — в статье о холодном чердаке.

Где ошибаются

• Перекрытие под холодный чердак, а наверху — комната. Для жилых помещений СП 20 даёт 1,5 кПа вместо 0,7, плюс пол и мебель.
• Балки на газобетоне без армопояса. Нагрузка от каждой балки давит на отдельный блок, и в кладке появляются трещины.
• Конец балки замурован в стену. По п. 9.48 СП 64 зазоры в гнезде наглухо не заделывают: без воздуха конец балки не просыхает и начинает гнить.
• Дерево прямо на кладке или бетоне. По п. 9.50 под опорную часть кладут гидроизоляционную прокладку.
• Проверили только прочность. Балка держит нагрузку, но прогибается сильнее предела, и потолок трескается.
• Балку подпилили при отделке. Вырез уменьшает высоту сечения, а балку-затяжку нельзя ни подпиливать, ни разрезать: она держит распор стропил.
• Торцы не обработали до монтажа. В стене до них уже не добраться.

Чек-лист чердачного перекрытия

1. Назначение чердака решено заранее: холодный чердак или будущая мансарда.
2. В нагрузку вошли утеплитель, плёнки, потолок и настил.
3. Сечение и шаг балок проверены на прочность, устойчивость и прогиб по СП 64.
4. Расстояние между балками в свету сверено с шириной плит утеплителя.
5. На газобетоне под балки залит армопояс.
6. Под деревом на кладке и бетоне — гидроизоляционные прокладки, зазоры в гнёздах открыты.
7. Балки закреплены к стене или поясу так, как указано в проекте.
8. Пиломатериал сухой, сечение замерено, огнебиозащита нанесена до монтажа, торцы — в первую очередь.
9. Утеплитель лежит между балками и поперечным слоем, пароизоляция снизу — со стыками на скотче.