Как посчитать, какую нагрузку выдержит брус или доска
Калькулятор проверяет три вещи по своду «Деревянные конструкции» (СП 64.13330.2017): изгиб, скалывание у опор и прогиб. Для клееного бруса есть четвёртая проверка: растяжение поперёк волокон у опор (прил. И). В итог идёт меньший предел, под ним написано, какая проверка его задала.
- Выберите материал и сорт: он указан в документах на лес.
- Введите сечение и как оно лежит: на ребро или плашмя.
- Пролёт меряйте между серединами опор. Опоры две, без вылета за край.
- Груз: точкой посередине (человек, бочка) или ровно по длине (настил, снег).
- Отметьте, прибит ли сверху настил. Свободную кромку на длинном пролёте выворачивает вбок раньше, чем сечение сломается.
Породу выбирайте точно. Сибирская лиственница по своду держит изгиб на 20 % лучше сосны (табл. 5). Европейской лиственнице такой надбавки нет: её считают как сосну, но вес берут как у лиственницы, поэтому она держит чуть меньше сосны.
Свой вес уже вычтен, в итоге вес груза. Запас по нормам (×1,3 на людей и вещи, ×1,4 на снег) заложен внутри.
Нагрузка на брус и доску: несущая способность, груз посередине
Сосна или ель 2 сорта на ребро, сухо, настил прибит, груз точкой посередине. П: предел задала прочность, Г: прогиб.
| Сечение, мм | 2 м | 3 м | 4 м | 5 м | 6 м |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 × 150 | 188 П | 124 П | 91 П | 59 Г | 35 Г |
| 40 × 150 | 300 П | 198 П | 146 П | 94 Г | 57 Г |
| 50 × 100 | 166 П | 109 П | 60 Г | 31 Г | 16 Г |
| 50 × 150 | 375 П | 248 П | 183 П | 118 Г | 71 Г |
| 50 × 200 | 669 П | 442 П | 328 П | 259 П | 180 Г |
| 100 × 100 | 332 П | 218 П | 119 Г | 62 Г | 32 Г |
| 100 × 150 | 751 П | 495 П | 366 П | 235 Г | 141 Г |
| 100 × 200 | 1 338 П | 885 П | 656 П | 517 П | 360 Г |
| 150 × 150 | 1 301 П | 859 П | 627 Г | 353 Г | 212 Г |
| 200 × 200 | 3 089 П | 2 045 П | 1 519 П | 1 145 Г | 720 Г |
Ровно по длине общий вес выходит вдвое больше, пока решает прочность. На длинном пролёте разница меньше: брус 150 × 150 на 4 м держит 627 кг в точке и около 1 010 кг по длине, 253 кг на метр.
Доска на ребро и плашмя
Прочность растёт с квадратом высоты сечения, жёсткость с кубом. Поэтому 50 × 150 на ребро по прочности в 3 раза сильнее, чем плашмя, а по жёсткости в 9 раз. На 3 м на ребро она держит 248 кг посередине, плашмя 44 кг: её останавливает прогиб 20 мм.
Расчёт бруса на прогиб: сколько можно
Предельный прогиб для балок, настилов и перекрытий, открытых для обзора, берут по своду «Нагрузки и воздействия» (СП 20.13330.2016, табл. Д.1): l/120 при пролёте до 1 м, l/150 при 3 м, l/200 при 6 м, l/250 при 12 м в помещении высотой до 6 м. Между этими точками значение интерполируют. На 4 м выходит 23,3 мм: доска 50 × 150 под грузом 183 кг посередине прогнётся на 20,5 мм. Калькулятор считает прогиб от груза вместе со своим весом доски и добавляет сдвиг по СП 64.13330.2017, п. 7.35.
| Что | Норма | Откуда |
|---|---|---|
| Изгиб, 1 сорт, высота до 50 см; клееный выше 50 см с mб | 21 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Изгиб, 2 сорт, высота до 50 см | 19,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Изгиб, 3 сорт, высота до 50 см | 13 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1а |
| Изгиб, 1 сорт: ширина 11–13 см, высота 11–50 см | 22,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1б |
| То же, 2 сорт | 21 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1б |
| То же, 3 сорт | 15 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1б |
| Изгиб, 1 сорт: ширина больше 13 см, высота 13–50 см | 24 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1в |
| То же, 2 сорт | 22,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1в |
| То же, 3 сорт | 16,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 1в |
| Скалывание при изгибе, цельная древесина, 1 сорт | 2,7 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5а |
| То же, 2 и 3 сорт | 2,4 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5а |
| Скалывание при изгибе, клееная древесина, 1 сорт | 2,4 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5б |
| То же, 2 и 3 сорт | 2,25 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 5б |
| Растяжение вдоль волокон, клееный, 1 сорт | 18 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 2б |
| То же, 2 сорт | 13,5 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 2б |
| Растяжение поперёк волокон, клееный, 1 сорт | 0,23 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 7 |
| То же, 2 сорт | 0,15 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 7 |
| То же, 3 сорт | 0,12 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 3, п. 7 |
| Клееная балка: проверка по главным площадкам при h/b от | 4 | СП 64.13330.2017, прил. И, п. И.1 |
| η1 на нейтральной оси (y = 0) | 0,016 | СП 64.13330.2017, прил. И, п. И.3, формула (И.5) |
| Растяжение поперёк волокон, режимы В и Г: множитель к mдл | 0,9 | СП 64.13330.2017, табл. 4, прим. 2 |
| Срок службы 75 лет: растяжение поперёк волокон | 0,8 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| Срок службы 100 лет и больше: растяжение поперёк волокон | 0,5 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| LVL на ребро (изгиб в плоскости листа), 1 / К45 | 39 МПа | СП 64.13330.2017, п. 6.3, табл. 7, п. 1 |
| То же, 2 / К40 | 34 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 1 |
| То же, 3 / К35 | 30 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 1 |
| LVL плашмя (изгиб из плоскости листа), 1 / К45 | 35 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 1 |
| То же, 2 / К40 | 31 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 1 |
| То же, 3 / К35 | 27 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 1 |
| LVL, скалывание вдоль волокон, 1 / К45 | 3,2 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 8 (меньшее из п. 7 и 8) |
| То же, 2 / К40 | 3 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 8 |
| То же, 3 / К35 | 2,9 МПа | СП 64.13330.2017, табл. 7, п. 8 |
| Модуль упругости сосны и ели, средний | 10 000 МПа | СП 64.13330.2017, прил. В, п. В.2: 10 ГПа |
| Модуль упругости LVL, 1 / К45 | 12 000 МПа | СП 64.13330.2017, прил. В, табл. В.2а |
| То же, 2 / К40 | 11 000 МПа | СП 64.13330.2017, табл. В.2а |
| То же, 3 / К35 | 10 000 МПа | СП 64.13330.2017, табл. В.2а |
| Лиственница (кроме европейской): изгиб | 1,2 | СП 64.13330.2017, табл. 5, п. 1 |
| Лиственница: скалывание | 1 | СП 64.13330.2017, табл. 5, п. 1 |
| Длительная прочность: люди и вещи (режим В) | 0,66 | СП 64.13330.2017, табл. 4 |
| Длительная прочность: снег (режим Г) | 0,66 | СП 64.13330.2017, табл. 4 |
| Длительная прочность: груз лежит всё время (режим Б) | 0,53 | СП 64.13330.2017, табл. 4 |
| Модуль упругости для прогиба: режимы В и Г | 0,9 | СП 64.13330.2017, п. 6.10 |
| Модуль упругости для прогиба: режим Б | 0,75 | СП 64.13330.2017, п. 6.10 |
| Влажность воздуха до 65 % (классы 1 и 2) | 1 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| До 75 % (класс 3) | 0,9 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| До 85 % (класс 4а) | 0,85 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Больше 85 % (класс 4б) | 0,75 | СП 64.13330.2017, табл. 1 и 9 |
| Температура +50 °C | 0,8 | СП 64.13330.2017, п. 6.9 б |
| Срок службы 75 лет: изгиб | 0,9 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| Срок службы 100 лет и больше: изгиб | 0,8 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| Срок службы 75 лет: скалывание | 0,85 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| Срок службы 100 лет и больше: скалывание | 0,7 | СП 64.13330.2017, табл. 13 |
| Глубокая пропитка антипиреном под давлением | 0,9 | СП 64.13330.2017, п. 6.9 д |
| Клееный, ламель 10 мм и тоньше | 1,2 | СП 64.13330.2017, табл. 11 |
| Клееный, ламель 19 мм | 1,1 | СП 64.13330.2017, табл. 11 |
| Клееный, ламель 26 мм | 1,05 | СП 64.13330.2017, табл. 11 |
| Клееный, ламель 33 мм | 1 | СП 64.13330.2017, табл. 11 |
| Клееный, ламель 42 мм | 0,95 | СП 64.13330.2017, табл. 11 |
| Клееный и LVL, высота 60 см | 0,96 | СП 64.13330.2017, табл. 10 |
| Высота 70 см | 0,93 | СП 64.13330.2017, табл. 10 |
| Высота 80 см | 0,9 | СП 64.13330.2017, табл. 10 |
| Высота 100 см | 0,85 | СП 64.13330.2017, табл. 10 |
| Высота 120 см | 0,8 | СП 64.13330.2017, табл. 10 |
| Устойчивость кромки: φ = 140 · b² / (l · h) · kф | 140 | СП 64.13330.2017, п. 7.14, формула (31) |
| kф для балки на двух опорах | 1,13 | СП 64.13330.2017, прил. Е, табл. Е.1 |
| Сдвиг в прогибе, груз в середине: c | 24 | СП 64.13330.2017, п. 7.35, табл. Е.4: 16,4 + 7,6β при β = 1 |
| Сдвиг в прогибе, ровная нагрузка: c | 19,2 | СП 64.13330.2017, табл. Е.4: 15,4 + 3,8β при β = 1 |
| Допустимый прогиб при пролёте до 1 м: l/… | 120 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а |
| При пролёте 3 м: l/… | 150 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а |
| При пролёте 6 м: l/… | 200 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а |
| При пролёте 12 м (помещение до 6 м): l/… | 250 | СП 20.13330.2016, табл. Д.1, поз. 2а, прим. 3 |
| Запас на груз: люди и вещи | 1,3 | СП 20.13330.2016, п. 8.2.7: 1,3 (1,2 от 2 кПа) |
| Запас на снег | 1,4 | СП 20.13330.2016, п. 10.12 |
| Запас на постоянный груз (стяжка, засыпка) | 1,3 | СП 20.13330.2016, табл. 7.1: слои на стройплощадке |
| Запас на свой вес доски | 1,1 | СП 20.13330.2016, табл. 7.1: деревянные |
| Плотность сосны и ели, влажность до 65 % | 500 кг/м³ | СП 64.13330.2017, прил. Г, табл. Г.1 |
| То же, влажно и сыро | 600 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| Плотность лиственницы, влажность до 65 % | 650 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| То же, влажно и сыро | 800 кг/м³ | СП 64.13330.2017, табл. Г.1 |
| Плотность LVL из шпона сосны и ели, классы 1 и 2 | 550 кг/м³ | СП 64.13330.2017, прил. Г, п. Г.5 |
| То же, классы 3 и 4 (влажно и сыро) | 650 кг/м³ | СП 64.13330.2017, прил. Г, п. Г.5 |
Если на объекте действует свой свод правил на деревянные конструкции, сверяйте сопротивления по нему.
Пример расчёта доски на прогиб и прочность
Доска 50 × 150 мм на ребро, сосна 2 сорта, пролёт 3 м, сверху прибит настил, посередине встанет человек с инструментом.
Сопротивление изгибу 19,5 МПа (СП 64.13330.2017, табл. 3) умножаем на 0,66 (табл. 4, люди на перекрытии), выходит 12,87 МПа. Момент сопротивления 50 × 150² / 6 = 187 500 мм³. Доска выдерживает момент 2,41 кН·м. Свой вес 3,75 кг/м забирает часть, остаётся 3 157 Н, это 322 кг в точке. Делим на запас 1,3, получаем 247,6 кг.
По прогибу предел 425,9 кг: допустимо 20 мм, а под грузом 247,6 кг доска прогнётся на 11,8 мм. По скалыванию предел 1 233 кг. Решает прочность: около 248 кг.
Несущая способность клееного бруса и LVL
Клееный брус считают по тем же сопротивлениям, что и цельный, но с поправкой на толщину ламели: 19 мм даёт ×1,1, 42 мм даёт ×0,95 (табл. 11). Таблица кончается на 42 мм, поэтому брус с ламелью толще калькулятор не считает. Для балок выше 50 см сопротивление берут как у обычного сечения (табл. 3, п. 1а) и снижают ещё до 20 % (табл. 10). Для LVL свод даёт свои числа по классам К45, К40 и К35 (табл. 7): на ребро 39, 34 и 30 МПа. Если в документах класс не указан по СП 64.13330 (К45, К40 или К35), выбирайте 3 / К35.
Высокий клееный брус часто упирается не в изгиб, а в опоры. Если высота в 4 раза больше толщины или груз стоит в точке, свод требует проверить главные напряжения у опоры (прил. И, п. И.1). Поперёк волокон клееная древесина 2 сорта держит на растяжение всего 0,15 МПа (табл. 3, п. 7), и брус может треснуть вдоль у опоры раньше, чем сломается посередине. Брус 100 × 400 на 6 м, груз ровно: по изгибу 3 488 кг, а у опор только 905 кг. Больше возьмёт лишь брус с вклеенными или ввинченными стержнями у опор (п. И.5), их подбирает конструктор.
Брус вертикально и чего калькулятор не считает
Стойку (брус вертикально) считают на сжатие и устойчивость, это другая задача. Консоль, неразрезную балку на трёх опорах, сбитые из двух досок сечения, узлы опирания и врубки калькулятор тоже не берёт. Цельный брус выше 50 см и клееный с ламелью толще 42 мм он не считает: для них в своде нет чисел. Стержни в опорной зоне клееного бруса (п. И.5) в расчёт не входят. Для LVL проверку по прил. И калькулятор не делает: свод пишет её для клееных балок. Прогиб от колебаний при ходьбе (СП 20.13330, Д.2.2) не проверяется: для перекрытия под людьми его считает конструктор вместе с остальными проверками.
Частые ошибки
- Смотрят только на прочность. На 5–6 м сечение держит груз, но пружинит, поэтому прогиб проверяют наравне с прочностью.
- Не крепят верх. Доска 50 × 150 на 6 м со свободной кромкой держит 46 кг вместо 71: её выворачивает вбок.
- Путают пролёт и длину. Считают по расстоянию между опорами.
- Забывают про сырость. При влажности больше 85 % прочность ниже на 25 % (табл. 9): выберите это в поле «Где работает».
Это предварительный расчёт одной доски. Перекрытие, крышу и террасу проверяет конструктор по проекту.
Когда сечение посчитано до закупки, лес не приходится докупать. На портале RemontCRM можно посмотреть сметы компаний и средние цены работ, а в смете компании в программе цена фиксируется до начала работ.