Схема балки Деревягина
Как известно, лучшее сечение балки - соотношение ее сторон (в сечении) 7 : 5 . Это сечение достаточно условно и редко когда соблюдается. Обычно используют тот пиломатериал, который есть. Прогиб балки в основном зависит от высоты балки, чем от ее ширины. Т.е. выгодно наращивать балку в высоту, чем просто пропорционально утолщать её. Это просто приведет к утяжелению самой балки и перерасходу материала с незначительным усилением ее несущих свойств.
Круглая балка также имеет свои недостатки. Так например, она может выдержать в итоге бОльшую нагрузку, чем прямоугольная того же сечения, но она имеет гораздо больший прогиб. Поэтому если вам важна именно прочность, невзирая на форму балки (например при перекрытии хозяйственных помещений, навесов и пр.), то лучше использовать круглую балку. Если вам нужен плоский потолок и внешний вид - то прямоугольную.
Но и прямоугольную балку можно значительно усилить путем наращивания ее высоты. До определенных пределов, разумеется, пока не появится тенденция на боковой изгиб балки.
Непосредственная укладка одной балки на другую формально удваивает несущую способность балки. Такого же результата можно добиться и простым укладыванием двух балок рядом друг с другом.
Однако известна схема, которая позволит используя все те же две балки фактически учетверить несущую способность балки (и соответственно межэтажного перекрытия в целом). Это так называемая балка Деревягина. Я к сожалению е знаю предистории ее изобретения, но в данном случае это и не важно.
Как упоминалось выше, если две балки уложить друг на друга, это удвоит несущую способность. И балки эти будут работать каждая сама по себе, передавая нагрузку от верхней к нижней. При этом происходит небольшой сдвиг нижней грани верхней балки относительно верхней грани нижней балки. Это естественно, поскольку даже при одинаковом прогибе и образованию балкой дуги относительно некого гипотетического центра (у каждой балки свой центр), внутренние и внешние части балок имеют разный размер радиуса изгиба (на толщину балки). Соответственно, при неизменной длине балки (отрезка дуги), разница длин граней становится очевидной, так как они соприкасаются разными гранями (одна внешней, другая внутренней) . Т.е. балки работают порознь, каждая сама по себе.
Если же устранить возможность смещения балок относительно друг друга при прогибе, балка становится гораздо жестче. Соответственно значительно уменьшается ее прогиб под нагрузкой. Использование этого эффекта позволит наращивать балки при устройстве межэтажного перекрытия используя стандартный пиломатериал.
Например, если сделать балку из бруса 150 х 150 мм (стандартный, вобщем, случай), длиной 6 метров, расположив их через каждый метр, то нагрузочная способность будет около 250-300 кг на 1 кв. метр перекрытия. Если удвоить количество балок (на той же площади), уложив их через 0,5 метра или положив друг на друга, то нагрузочная способность возрастет до 400 – 500 кг/м2 . Но если использовать балки сечением 150 х 300 мм, то нагрузочная способность перекрытия будет уже около 1000 кг/м2. Но где же вы найдете такой брус? А если и найдете, стоить он будет просто нереально дорого.
Но такую же балку можно изготовить самостоятельно (что вобщем и сделал Дереевягин).
В нижнюю балку врубаются нагели или шканты (шпонки). Ориентация волокон древесины шпонок - перпендикулярно плоскости грани балки. В верхней балке так же вырезаются отверстия под шпонки. При соединении обеих балок шпонки с небольшим натягом входят в обе балки и связывают их. Теперь смещение одной балки относительно другой невозможно, и они стали фактически одной цельной балкой.
Это классическая схема балки Деревягина. И как видите, она достаточно трудоемка в исполнении, даже при наличии современного инструмента (фрезера, дисковой пилы или электрического лобзика). Поэтому не часто можно увидеть вживую такую балку.
Но обеспечить взаимную неподвижность балок в составе балки Деревягина можно и другими способами.
Во-первых, это клей. Современная промышленность предлагает настолько хорошие клеи для дерева, что при попытке разъединить склеенные детали, рвется и расщепляется обычно сама древесина, нежели место склейки. Но для качественного склеивания требуется хорошая подготовка деталей. В частности они должны быть абсолютно сухими (влажность не более 8-12 %), абсолютно гладкими (оструганными). Да и склейка ведется с использованием большого количества струбцин или прессов. Поэтому изготовление балки Деревягина в условиях самостоятельного дачного строительства кажется маловероятным.
Второй способ - использование резьбовых шпилек для стягивания двух балок между собой. (Тут можно использовать и клей). Обе балки сверлятся насквозь, например через каждые 25-30 см в шахматном порядке, и стягиваются резьбовыми шпильками. Это будет достаточно качественная замена шкантам, но и дорогая. И тоже достаточно трудоемкая, поскольку гайки шпилек придется заделывать заподлицо внешним граням балки. А значит придется сверлить еще и расширенные отверстия под них.
При некоторых условиях можно использовать т.н. глухари – длинные винты – саморезы с головкой как у болта. Но под них тоже надо будет сверлить отверстия. И сами глухари большого размера - удовольствие не дешевое.
Вот что действительно нельзя рекомендовать для балки Деревягина - это использование гвоздей. Дело в том, на сбитые гвоздями балки будут действовать как раз силы, направленные на вытаскивание гвоздя из нижней балки и его изгиб. А гвозди слабы на оба эти параметра. Они прекрасно вытаскиваются из дерева и хорошо гнутся. По этой же причине шпилечное соединение балок - не самый лучший вариант. Хотя шпилька или глухарь не будут «вылезать» из балки, то они они могут гнуться и к тому же твердый метал будет сминать древесину вокруг себя.
Самый простой способ изготовить балку Деревягина, на мой взгляд, можно с использованием круглых (цилиндрических) нагелей (шкантов). В их качестве могут выступить, например, напиленные черенки для лопат. Их можно купить готовые, в большом количестве и недорого. Сверлить отверстия под них можно с помощью широких сверел для дерева, которые называются пёрка. Можно использовать, конечно и фрезы. Единственный инструмент, которые потребуется - электрическая дрель.
Что бы отверстия в балках идеально совпадали друг с другом, можно изготовить несложный Н-образный шаблон (см. рисунок). Тогда в одной балке сверлят отверстия используя одну сторону шаблона, а в другой - другую. И отверстия совпадут совершенно точно.
При сборке балки желательно использовать и клей для дерева (особенно для закрепления нагелей). С торцов нагеля необходимо снять небольшую фаску, что бы нагель точнее вошел в отверстие.
Таки способом можно достаточно быстро и качественно сделать балку Деревягина и устроить в доме очень надежное и выносливое межэтажное перекрытие.
