Дерево или металл для каркаса антресоли: сравнение на одном примере

Каркас антресоли можно сделать и из дерева, и из стали, если его рассчитали под ваш пролёт и нагрузку; выбирают по пролёту, опорам и требованиям к помещению. Деревянные конструкции рассчитывают по СП 64.13330.2017, стальные — по СП 16.13330.2017. Металл не обязательно легче, а деревянная балка не обязательно ограничена коротким пролётом. Ниже сравним материалы на одном условном задании и покажем, какие данные нужны для выбора.

Дерево и металл: что сравнивать

Сначала задайте одинаковую площадку: её размеры, назначение, положение опор, состав пола и лестницы. Если в одном варианте добавить стойку посреди комнаты, а в другом оставить свободный пролёт, сравнение материалов потеряет смысл. Дальше сравнивают шесть критериев.

Расчётные требования к стали приведены в СП 16, пп. 4.2.1–4.2.4; к дереву — в СП 64, п. 4.3. Защиту материалов и пожарные требования разберём ниже. Из каких элементов состоит такое перекрытие — балки, опоры, наполнение, отделка — показано на странице о перекрытии на металлокаркасе.

Один пролёт и одна нагрузка: численный пример

Условный пример: сравним балочную часть площадки 3 × 3 м. В обоих вариантах семь балок длиной по 3 м с шагом 0,5 м, опёртых концами на две одинаковые жёсткие опоры по краям. Общая длина балок — 21 м. От настила и эксплуатации зададим одинаковую распределённую нагрузку 3 кПа; собственный вес балок добавим отдельно. Здесь 3 кПа — исходное условие модели, а не нормативная нагрузка для квартиры или склада.

Для дерева зададим брус 75 × 200 мм (высота 200 мм), плотность 500 кг/м³ и модуль упругости 10 000 МПа — средний модуль при изгибе для класса прочности С22 (СП 64, таблица В.3). Плотность — для сосны и ели в условиях эксплуатации 1А, 1 и 2 (таблица Г.1). Для стали возьмём полое сечение высотой 120 мм, шириной 60 мм и стенкой 4 мм. Плотность стали 7850 кг/м³ и модуль 206 000 МПа — из СП 16, таблица Б.1.

Стальное сечение считаем геометрически, без скруглений углов и допусков. Для реального профиля площадь и момент инерции берут по его документации. Ниже — сравнение массы и упругого изгибного прогиба; оно не включает подбор по прочности, устойчивости и огнестойкости.

Как получены числа

Масса равна объёму, умноженному на плотность. Например, для деревянных балок: 0,075 × 0,200 × 21 × 500 = 157,5 кг. Площадь полого стального сечения: 120 × 60 − 112 × 52 = 1376 мм². Его масса на той же длине: 0,001376 × 21 × 7850 = 226,8 кг после округления. Для заводского профиля вес берут по стандарту или паспорту, для остальных элементов — по размерам и удельному весу (СП 20.13330.2016, п. 7.1).

Для внутренней балки нагрузка от полосы настила составляет 3 × 0,5 = 1,5 кН/м. С весом самой балки (вес 1 кг ≈ 9,81 Н) получаем около 1,574 кН/м для дерева и 1,606 кН/м для стали. Упругий прогиб шарнирно опёртой балки постоянного сечения считаем по формуле f = 5qL⁴/(384EI), где q — погонная нагрузка, L — пролёт, E — модуль упругости, I — момент инерции сечения. При подстановке в Н и мм получаем значения из таблицы.

В этой паре деревянные балки легче, стальные — ниже, а упругие прогибы близки. Но масса семи балок ещё не равна массе антресоли. В полную спецификацию входят также опорные элементы, связи, крепления, настил, лестница, ограждение, отделка и огнезащита. Именно её сравнивают перед проверкой существующих стен и перекрытия.

Что добавит рабочий расчёт

Для дерева СП 64 требует учитывать длительность нагрузки при проверке деформаций: расчётный модуль определяют по п. 6.10, а деформации — с учётом сдвига и податливости соединений по п. 7.33. Для стали также учитывают опорные закрепления и реальную работу системы — СП 16, пп. 4.2.1 и 4.2.4.

• Проверяют прочность и устойчивость балок, соединений и опор.
• Разделяют постоянные и временные нагрузки и составляют их сочетания по СП 20, разделы 5–7 — подробнее в статье о сочетаниях нагрузок для антресоли.
• Проверяют деформации и комфорт при ходьбе, учитывая настил и работу всей площадки.
• Определяют, какие усилия придут на существующие стены и перекрытие.

Пролёт и толщина: сколько места займёт перекрытие

Универсального предела «дерево только до 2–2,5 м» нет: результат зависит от сечения, материала, нагрузки и опор. Сравнивать нужно два разреза с одинаковым свободным пространством внизу. Попросите показать не только высоту балки, но и настил, потолочную отделку, облицовку и защитные слои. Разница между балками из примера не равна выигрышу в высоте готового помещения.

Для антресоли с доступом людей в жилом МКД СП 54.13330.2022, п. 5.12, требует не менее 2,1 м на площадке и под ней. Например: 2,10 м снизу + 0,30 м перекрытие с отделкой + 2,10 м сверху = 4,50 м.

При потолке 3–4 м две зоны по 2,1 м не поместятся. Здесь делают спальное место или хранение под потолком: заранее решите, кто будет подниматься наверх и что там будет, и впишите в задание ограждение, лестницу и нагрузку. Варианты для таких высот разобраны в статье о том, как разместить кровать под потолком.

Площадь антресоли с доступом людей в жилом МКД ограничена 40% площади помещения (СП 54, п. 3.1.1). При перепаде уровней пола от 0,45 м открытый край ограждают на высоту не ниже 1,2 м (п. 6.4.4). Для офиса или склада требования к помещению определяют отдельно; нормы жилого МКД на них не переносят.

Влажность, коррозия и состояние узлов

Деревянные конструкции защищают от увлажнения и биоповреждения — СП 64, пп. 4.2 и 4.6. Для стали СП 16, п. 4.1.1, требует защиты от коррозии по СП 28.13330. Оцинковка, грунт и краска входят в решение по защите, которое выбирают для условий конкретного помещения.

При выборе спросите, как осматривать скрытые узлы, где возможно скопление влаги и как восстановить повреждённую защиту. Для стали доступ к оценке состояния и ремонту, отсутствие задерживающих влагу участков прямо предусмотрены СП 16, п. 4.1.2; замкнутые профили по тому же пункту герметизируют. Систему защиты выбирают вместе с отделкой, чтобы она не мешала контролю конструкции. Как потом следить за покрытием и узлами, разобрано в статье об уходе за металлокаркасом.

Огнестойкость: проверяют всю конструкцию

Огнестойкость — способность конструкции сохранять несущие или ограждающие функции в пожаре. По СП 2.13130.2020, пп. 3.1 и 5.2.1, её предел устанавливают испытаниями или расчётом. Для антресоли в квартире, общественном здании или на складе сначала определяют требования конкретного здания и назначение площадки. Одного названия материала для выбора недостаточно.

Стальной каркас

Металлическая балка тоже требует проверки огнестойкости: СП 16, п. 4.1.1, прямо предписывает учитывать её и обеспечивать огнезащиту в соответствии с системой противопожарной защиты объекта. Если применяют средства огнезащиты стальных конструкций, СП 2, п. 5.4.3, требует проекта огнезащиты и соответствия способа нанесения документации и испытаниям. Обычная декоративная окраска не заменяет это обоснование. Если требуемый предел — R 15 (кроме конструкций противопожарных преград), СП 2 допускает сталь без огнезащиты при пределе от R 8 по испытаниям или расчёту либо при приведённой толщине металла по ГОСТ Р 53295 от 4,0 мм. Это расчётная характеристика сечения, а не толщина стенки профиля.

Деревянный каркас

СП 64, п. 10.1, требует выполнять деревянные конструкции с пожарными характеристиками, установленными применимыми нормами. Пункт 10.3 допускает определять огнестойкость расчётом с учётом обугливания и прогрева сечения. Расчёт опирается на закономерности п. 10.4: незащищённая древесина начинает обугливаться через 4 минуты стандартного пожара, а условная скорость обугливания для хвойных пород в расчёте принята 0,7 мм/мин. Поэтому огнестойкость деревянной балки зависит прежде всего от размеров её сечения, а вопрос звучит не «можно ли пропитать дерево», а «какую огнестойкость и пожарную опасность имеет выбранная конструкция с её защитой и узлами».

Для производства важен порог 40%: если площадка занимает больше 40% площади этажа производственного здания, по СП 2, п. 6.1.1, у неё должен быть предел огнестойкости межэтажного перекрытия. Для складов этот порог по п. 6.2.1 учитывают при определении этажности и площади этажа, а требования к огнестойкости площадки задают в проекте. Для деревянного и стального вариантов в одном помещении исходные требования должны быть одинаковыми.

Отделка, смета и сборка

Опишите желаемый вид отдельно от несущего материала: открытые деревянные балки, окрашенная сталь или каркас с деревянной облицовкой. Примеры таких сочетаний собраны в статье об идеях антресоли в стиле лофт. Затем попросите показать узел пола и соединения с лестницей. Основу самой лестницы выбирают отдельно — об этом статья о каркасе лестницы из дерева или стали. Если вас беспокоит скрип, поставьте в задание проверку крепления настила и стыков. Стальной каркас бывает сварным или на болтах; сборно-разборный болтовой вариант в нашем прайсе предусмотрен для помещений с чистовой отделкой.

Без двух смет нельзя заранее назвать дерево или металл более выгодным. Сравните одинаковый результат: состав пола, отделку, ограждение, лестницу и защиту. Текущие условия нашего металлического варианта опубликованы в прайсе на металлокаркас. В каждой смете проверьте, какие работы включены, а какие посчитаны отдельно.

1. Проект и проверка существующих конструкций.
2. Все несущие элементы, соединения и крепёж.
3. Настил, отделка, защита от влаги и огнезащита по проекту.
4. Лестница и ограждения.
5. Доставка, занос элементов и монтаж.

Частые вопросы

Что выбрать для старого дома: дерево или металл?

Начните с проверки существующих стен и перекрытия и возможных точек опирания. После этого сравните варианты по полной массе и усилиям в опорах. Более лёгкие балки могут оказаться частью более тяжёлой системы, если изменятся настил, крепления или схема опирания.

Можно ли убрать стойку, заменив дерево металлом?

Такой вариант можно поставить на расчёт. При удалении стойки меняются пролёт и усилия в оставшихся опорах; потребуется пересчитать систему, соединения и основание. Замена материала сама по себе ответа не даёт.

Нужна ли огнезащита металлической антресоли в квартире?

По СП 2, п. 5.4.2, балки и настилы относят к несущим элементам здания, если они обеспечивают его общую прочность и устойчивость; какие конструкции к ним относятся, указывает проектная организация. Поэтому требуемый предел огнестойкости антресоли и необходимость огнезащиты определяют в проекте для конкретного здания.

Можно ли взять сечения из примера для своей антресоли?

Пример показывает только массу и упругий прогиб при заданных условиях. Для изготовления нужны проверка всех элементов и узлов, нагрузки вашего помещения, характеристики реальных материалов и данные об опорах. Передайте проектировщику исходные условия, а не только размеры понравившейся балки.

Делает ли «Антресольная мастерская» деревянные каркасы?

Мы проектируем, изготавливаем и монтируем антресоли на металлокаркасе в Москве и Московской области. Если нужен вид дерева, его дают отделкой: среди материалов отделки перекрытия на нашем сайте указаны фанера и доска. Это стоит сразу указать в задании.

Что подготовить для выбора каркаса

Подготовьте план комнаты, высоту, желаемый свободный пролёт и назначение верхней зоны. Отметьте тяжёлую мебель, лестницу, окна, двери и известный состав существующих конструкций. После обмеров на объекте эти данные станут основой проекта: в нём можно сопоставить толщину перекрытия, полную массу, опоры, защиту и комплектность сметы.

Источники

1. Расчёт стали, защита от коррозии и учёт огнестойкости — СП 16.13330.2017, пп. 4.1.1–4.1.2, 4.2.1–4.2.4; плотность и модуль упругости — приложение Б, таблица Б.1 — текст СП в системе ГАРАНТ, статус и изменения № 1–6 на Росстандарте.
2. Расчёт и защита дерева — СП 64.13330.2017, пп. 4.2, 4.3, 4.6, 6.10, 7.33; пожарные требования — пп. 10.1, 10.3, 10.4; модуль упругости — таблица В.3, плотность — таблица Г.1, с изменениями № 1–4 — текст СП в системе ГАРАНТ, статус и перечень изменений на Росстандарте.
3. Классификация и сочетания нагрузок, собственный вес — СП 20.13330.2016, разделы 5–7, в том числе п. 7.1 — ГАРАНТ.
4. Определение и подтверждение огнестойкости, проект огнезащиты стали — СП 2.13130.2020, пп. 3.1, 5.2.1, 5.4.2, 5.4.3, 6.1.1, 6.2.1 — ГАРАНТ; действующий документ с изменениями № 1–2 — Росстандарт.
5. Площадь, высоты и ограждение антресоли в жилом МКД — СП 54.13330.2022, пп. 3.1.1, 5.12, 6.4.4 — ГАРАНТ.