Иногда в частном домостроении применяется такой вариант перекрытий - монолитное железобетонное, опирающееся на металлические балки (спаренные швеллеры, двутавры, труба квадратная и т.д.).

Плюсами такого перекрытия является то, что за счет довольно часто расположенных балок (от 1 м до 2,5 м в среднем) само перекрытие можно сделать довольно тонким (но не менее 50 мм). Армируется такое перекрытие в один слой, что тоже дает немалую экономию.

Основным минусом является то, что по требованиям пожарной безопасности металлические конструкции нужно покрывать специальным огнезащитным составом, а это недешевое удовольствие.

В данной статье мы рассмотрим два вопроса: как выполнить железобетонное перекрытие и как подобрать металлические балки.

С чего следует начать? С анализа перекрытия в плане. Допустим, у нас перекрытие размером 4х8 м. Рациональней расположить балки вдоль короткой стороны плиты, т.е. длина балок будет 4 метра (не считая глубины опирания на стены). Чем короче балка, тем меньше металла мы на нее потратим, и тем реже эти балки можно расставить. Конечно, это не жесткое правило, а просто рациональный совет.

Нагрузка от веса перегородок (желательно балки располагать под перегородками, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на облегченное перекрытие),

Собственный вес перекрытия.

Затем нужно задаться шагом металлических балок. Здесь на первый план выходит монолитное перекрытие. Если сделать шаг балок слишком частым, мы рискуем вызвать перерасход как металла, так и железобетона. Если расстояние между балками, наоборот, слишком большое, это вызовет увеличение арматуры в плите, увеличение толщины этой плиты (при этом значительно возрастет нагрузка на балки), а значит увеличится и сечение балок. Поэтому всегда перед началом расчета нужно анализировать и подбирать оптимальное расстояние между балками перекрытия. Изложенные ниже расчеты применимы при условиях: между всеми балками должно быть одинаковое расстояние; должно выполняться условие L 1/L 2 > 2, где L 1 - длина балки, L 2 - расстояние между соседними балками.

В принципе, есть несколько путей расчета перекрытия такого типа.

Первый путь (более трудоемкий, особенно без достаточного опыта, но иногда необходимый). Можно задаться профилем металлических балок (допустим, у вас уже есть в наличии металл конкретного профиля); затем, задавшись толщиной перекрытия и шагом балок, можно собрать нагрузки и выполнить расчет балки. При этом, выполняя расчет, вы за несколько подходов можете определить максимально допустимое расстояние между балками, при котором выполняются условия прочности и деформативности. После этого можно перейти к расчету перекрытия и определить его толщину и армирование. Если все прошло - хорошо. Если толщина оказалась большей, чем вы задавали, расчет нужно будет повторить с начала - пока не сойдутся все части задачи.

Второй путь. Расчет начинается с железобетонного перекрытия. Задаемся шагом балок и толщиной плиты, собираем нагрузки и выполняем расчет плиты. При необходимости, корректируем шаг балок и толщину плиты до наиболее экономичных результатов. Собираем нагрузку на балку с получившегося пролета и подбираем сечение балок.

Второй путь мы рассмотрим на примере.

Расчет ведется для условно выделенной полосы плиты шириной 1 м.

Необходимо перекрыть помещение размером в плане 6х10 м. Над перекрытием будут жилые комнаты - временная нагрузка 150 кг/м 2 . Материалы плиты: бетон класса В15, расчетное сопротивление бетона Rb = 7,7 МПа, арматура горячекатаная периодического профиля класса А400С, расчетное сопротивление арматур ы Rs = 365 МПа.

Минимальная толщина перекрытия должна быть больше, чем L /35, где L - расстояние между балками.

Задаемся шагом балок - 2,5 м, направление балок - вдоль короткой стороны помещения, толщина ж.б. перекрытия - 80 мм (что больше, чем 2,5/35 = 0,071 м = 71 мм), расстояние от нижней грани плиты до рабочей арматуры - 35 мм.

Собираем нагрузки на 1 м 2 переркытия.

Вид нагрузки:	нормативная, кг/м 2	коэффициент надежности	расчетная, кг/м 2
Нагрузка от веса перегородок (усредненная)
Собственный вес перекрытия 2500*0,08

Для расчета перекрытия необходимо найти максимальный изгибающий момент, который возникает в крайнем пролете плиты, и равен: М = qL 2 /11 (см. формулу 6.169 справочник «Проектирование железобетонн ых конструкций», Голышев А.Б.).

В нашем случае, q = 6241 м, L = 2,5 м - расстояние между балками, значит М = 624* 2,5 2 /11 = 355 кг*м.

Для перекрытия, армированного сеткой в нижней зоне (без верхней арматуры), должно выполняться условие:

αm > αR (см. п. 3.18 Пособия по проектированию бетон ых и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения). Значение α R находим из таблиц ы 18 пособия. Для арматуры класса АIII (А400С) и бетона класса В15 αR = 0,440.

Находим α m = М/R b bh 0 2 = 355/(770000*1*0,045 2) = 0,228, где

b = 1 м - ширина полос ы перекрытия, для которой выполняется расчет;

h 0 = 0,08 - 0,035 = 0,045 м - расстояние от верхней зоны плиты до центра тяжести рабочей арматуры.

Условие αm = 0,228 < αR = 0,440 выполняется. Из таблицы 20 пособия при αm = 0,228 находим значение

Найдем площадь рабочей арматуры плиты:

Аs = М/ (R s * ζ*h 0) = 355/(36500000*0,87*0,045) = 0,000248 м 2 = 2,48 см 2 . Принимаем арматуру диаметром 8 мм с шагом 200 мм (5 стержней на 1 метр плит ы, площадью 2,52 c м 2).

Для самопроверки можно воспользоваться таблицей из справочника Линович Л.Е. для подбора толщины и армирования перекрытия в зависимости от нагрузки. В данной таблице даны результаты для однопролетных плит. Наша же плита считается многопролетной (количество пролетов равно количеству шагов балок), и работает за счет многопролетности она значительно лучше. Поэтому результаты расчета по примеру должны быть лучше (экономичней), чем в таблице из справочника.

Переходим к расчету балки (см. книгу Я.М. Лихтарников «Расчет стальн ых конструкций» стр. 60-61 или книгу Васильев А.А. «Металлические конструкции» §24). В первую очередь, необходимо определить погонную нагрузку на каждую балку. Нагрузка на 1 м 2 перекрытия у нас получилась 540 (624) кг/м 2 , а шаг балок мы приняли 2,5 м. Тогда нагрузка на 1 погонный метр балки равна:

нормативная 540*2,5 = 1350 кг/м;

расчетная 624*2,5 = 1560 кг/м.

Пролет балки в свету 6 м. Глубина опирания с каждой стороны - 0,2 м. Тогда расчетная длина балки равна 6 + 2*2*0,2/3 = 6,3 м.

Найдем максимальный момент в сечении балки по формуле М = qL 2 /8, где q - нагрузка на 1 погонный метр балки, L - расчетная длина балки.

Нормативный момент М н = 1350*6,3 2 /8 = 6698 кг*м,

расчетный момент М р = 1560*6,3 2 /8 = 7740 кг*м.

Определим требуемый момент сопротивления:

W тр = М р /1,12R = 7740/(1,12*21) = 329 см 3 . По сортаменту (например справочник Я.М. Лихтарников Расчет стальн ых конструкций, приложение VI ) подбираем двутавр №27 (момент сопротивления W = 371 см 3 , момент инерции I = 5010 см 4).

Проверяем прочность балки из условия:

σ= М/1,12W = 7740/(1,12*371) = 18 кН/см 2 , что меньше R = 21 кН/см 2 - условие обеспечено.

Проверим жесткость балки.

М н *L /(10EI ) = 6698*630/(10*21000*5010) = 0,004 = 1/250 - условие выполняется (хотя на пределе).

Таким образом, подобранная балка проходит по расчету. Но она получилась довольно мощной. Чтобы уменьшить сечение балки, нужно задаться меньшим шагом балок и пересчитать задачу с начала. Чем меньше шаг балок (расстояние между балками), тем меньше нагрузка на них приходится, а значит тем меньше сечение получится.

,

Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел "БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ" .

В этом разделе Вы можете задать вопросы и получить на них ответы. Комментарии в этой статье я закрываю. Если есть замечания к содержанию статьи, пишите на адрес Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

В большинстве случаев, межэтажные перекрытия сооружаются одновременно со строительством стен дома. И такое соседство далеко не случайно. Ведь согласно строительным нормам междуэтажные перекрытия должны обладать таким же набором характеристик, что и несущие стены строения.

Перекрытия обязаны иметь достаточный запас прочности, позволяющий выдерживать довольно значительную нагрузку (от 100 до 210 кг/м2). Кроме того, коэффициент теплопроводности межэтажных перекрытий должен быть ниже аналогичного показателя несущих стен строения. Ведь большая часть тепловых потерь «уходит» именно сквозь потолок дома.

Подробно по данной теме - - - - -

Именно поэтому, строительные компании просто обязаны использовать в процессе обустройства перекрытий самые современные наработки и технологии. Впрочем, в большинстве случаев, подобные наработки будут относиться к балочной или безбалочной технологии строительства перекрытий. Причем, в малоэтажном строительстве, наиболее приемлемой технологией является именно «балочный» вариант обустройства перекрытий.

Межэтажные перекрытия из балок сооружаются на базе силового каркаса, изготовляемого из деревянных, металлических или железобетонных элементов (балок). После сборки каркаса на нижнюю грань балок нашивают потолочный настил (для нижнего этажа), а верхняя часть обшивается напольным покрытием (для верхнего этажа). Внутренняя часть перекрытия заполняется теплоизолирующим наполнителем.

Технология монтажа межэтажных перекрытий зависит от конкретной разновидности конструкционных материалов, используемых для производства балок. То есть, процесс монтажа деревянных перекрытий будет выглядеть несколько иначе, чем процесс сборки перекрытия на основе металлических балок. А межэтажные перекрытия из железобетонных балок будут собираться уже совсем по-другому. И для большего понимания процесса мы рассмотрим все три технологии строительства перекрытий.

Деревянные перекрытия

Конструкция балочного перекрытия, изготовляемого из дерева, чаще всего используется совместно с рубленными или каркасными, деревянными стенами. Каркас перекрытия изготавливается из деревянного бруса хвойных или твердых, лиственных пород с сечением 5х16, 6х20 или 10х10 сантиметров.

Максимальная длина пролета деревянной балки равняется 5 метрам для междуэтажного перекрытия и 6 метрам для чердачного перекрытия без нагрузки.

Расстояние между двумя балками в перекрытии зависит от длины пролета и габаритов сечения балки. Исходя из этих критериев, максимальное расстояние между балками равняется 125 сантиметрам (пролет 3 метра, сечение 6х20 сантиметров), а минимально – 35 сантиметрам (пролет 4 метра, сечение 10 на 10 сантиметров). Таким образом, на 1 квадратный метр перекрытия, при разных условиях эксплуатации, необходимо «израсходовать от одной до трех балок.

Тыковку силового каркаса перекрытия и стен осуществляют в специально прорезанных «оконцах». Образующие межэтажные перекрытия балки просто вставляются в стену и фиксируются с помощью крепежных элементов или раствора (в случае обустройства перекрытия в кирпичном или бетонном доме). После фиксации балок на них настилается накат – основа для будущего пола и потолка. Внутреннее пространство перекрытия заполняют тепло и звукоизолирующим материалом, в качестве которого, лучше всего, использовать минеральную вату.

Главным достоинством деревянных перекрытия является чрезвычайная простота монтажа таких конструкций. Основной недостаток – низкая огнестойкость древесины.

Металлические межэтажные перекрытия из балок

Технология монтажа металлических перекрытий напоминает процесс сборки деревянного аналога. Основа будущего металлического каркаса состоит из швеллеров и двутавровых балок. Причем, силовые элементы из прокатного профиля можно укладывать даже в 6-метровых пролетах. А шаг расположения балок (расстояние между двумя опорными элементами) может равняться и 60 и 100 сантиметрам. То есть, на один квадратный метр металлического перекрытия будет израсходована всего пара балок.

Накат для металлического перекрытия изготавливается из железобетонных, пустотелых плит или древесины. Внутренняя часть каркаса, как и в случае деревянного перекрытия, предназначается для утеплителя, однако, металлическое перекрытие позволяет использовать в качестве утепляющего слоя не только дорогостоящую минеральную вату, но и дешевый керамзит.

Железобетонные перекрытия

Железобетонные межэтажные перекрытия из балок собираются только с помощью тяжелой строительной техники. Вес одного элемента перекрытия (балки) составляет 175- 400 килограмм. Максимальная длина пролета для железобетонного перекрытия составляет 7,5 метров.

В качестве наката балочного, железобетонного перекрытия, чаще всего, используется облегченная железобетонная плита или пустотелые цементные блоки соответствующих габаритов. Поэтому, расстояние между двумя соседними балками выбирается исходя из размеров плит и блоков наката.

Двутавровые балки перекрытия с каждым годом обретают все большую популярность благодаря своим неоспоримым достоинствам. Познакомимся с их видами, производством и уделим внимание особенностям расчета элементов.

1

Что собой представляет двутавр? Это профиль, сечение которого по форме напоминает букву "Н". Такое решение самым благоприятным образом отразилось на характеристиках изделия. Например, если сравнивать двутавр со стандартными конструкциями квадратного сечения, то его жесткость и прочность выше в 30 и 7 раз соответственно. Наиболее распространенными считаются металлические изделия, однако такие конструкции также изготавливают и из дерева.

Профиль с сечением по форме буквы «Н»

Этот профиль очень часто используется при монтаже перекрытия и возведении мостовых сооружений. Кроме того, встретить можно в автомобильной промышленности, вагоностроении, еще они незаменимы, если речь идет об армировании шахтных стволов. Основными характеристиками этого вида металлопроката считают высоту самого двутавра, ширину, среднюю толщину, а также радиус закругления полок. Еще учитывается и радиус внутреннего закругления. Все эти показатели и определяют дальнейшее применение элемента. Например, для поверхностных путей используют балки серии М с уклоном внутренних граней полок равным 12°. Если речь идет о прокате серии С, применяемом для армирования шахтных стволов, то этот параметр увеличивается и составляет 16°.

2

Внутренние грани полок двутавра могут располагаться параллельно либо с уклоном. В зависимости от условий применения и соотношения размеров прокат делится на следующие типы. Нормальные, широкополочные и колонные элементы обозначаются символами "Б", "Ш" и "К" соответственно. Если в маркировке обнаружите букву "Д", то речь идет о профиле дополнительной серии. Еще широкополочные и нормальные двутавры могут обозначаться сочетанием символов "ДШ" и "ДБ".

Двутавровые балки перекрытия

Кроме того, такие конструкции делятся на сварные и горячекатаные. Первые получают путем сваривания стенки и поясов. А вот вторые изготавливают на специальных прокатных станах. Если горячекатаные изделия имеют одинаковые размеры по всей длине, а также полностью состоят из одного и того же металла, то со сварными элементами можно экспериментировать. Их пояса могут состоять из листового или профильного проката, гнутого профиля либо швеллера. При этом характеристики и свойства поясов одного и того же двутавра иногда отличаются, так как состоят из различного металла. Существуют изделия переменного сечения. Это дает возможность более рационально использовать металл и упрочнить конструкцию в местах повышенной эксплуатации.

3

В этом пункте суммируем все плюсы, которыми обладают двутавровые балки. Прежде всего стоит отметить их отменные прочностные характеристики, благодаря которым этот материал можно использовать даже в качестве перекрытия очень длинных пролетов. При этом монтаж элементов не составит огромного труда, да и при необходимости вы всегда сможете обработать поверхность. Такой прокат не подвержен ни деформации, ни усадке. Его по праву можно назвать универсальным, ведь такая балка встречается как в конструкции потолка, так и стен.

Внутренние грани полок двутавра с уклоном

Еще достоинства и недостатки элементов во многом зависят от их вида. Например, горячекатаные конструкции монолитные, и нет необходимости применять дополнительную арматуру, даже если речь идет об очень сильных нагрузках. К тому же они более просты в изготовлении и экономичны. Сварной профиль имеет дополнительные ребра жесткости, благодаря которым можно снизить толщину стенок и соответственно себестоимость изделия. Плюс такие элементы изготавливают по индивидуальным заказам, и их размеры устанавливает клиент. Это позволяет минимизировать отходы во время строительства. Также по требованию заказчика конструкция может быть усеченной, равно- либо неравнополочной, иметь перфорацию, фланцевые соединения.

А вот к минусам монолитного проката стоит отнести высокую емкость металла, вызванную утолщением стенок, а также вес и размеры конструкции. Дело в том, что такие двутавровые балки изготавливаются только в соответствии с ГОСТом, а значит, их параметры, в том числе и длина, должны полностью соответствовать размерам, указанным в документации. Поэтому очень часто мы вынуждены самостоятельно резать элемент, а излишки приходится списывать в отходы, что нерационально. Недостатками можно назвать необходимость использования дополнительной арматуры для создания ребер жесткости, что увеличивает трудозатраты.

4

Как видно, выбор двутавровых конструкций довольно большой, но чтобы использование этого элемента было рационально и конструкция получилась надежной, следует правильно подобрать профиль. В этом пункте мы рассмотрим, как найти подходящий двутавр. Если планируете использовать изделие для перекрытия, необходимо знать такие параметры, как расстояние между стенами и максимальную нагрузку, которая будет приходиться на будущую конструкцию. Далее провести расчет можно с помощью специальных онлайн-калькуляторов либо вычислить параметры самостоятельно.

Заглянув в ГОСТ, вы найдете таблицы, в которых указаны обозначения, размеры, площадь сечения профиля и линейная плотность материала. Также существуют таблицы, где оговаривается масса одного метра изделия. Чтобы узнать вес всего элемента, необходимо умножить массу его метра на длину. А вот для расчета несущей способности двутавровой конструкции нужно уточнить и ширину полок. Причем этот параметр должен соответствовать и сечению несущей колонны. Например, если это квадрат со стороной 510 мм, тогда необходимо подобрать профиль шириной не более 460 мм. Это обусловлено тем, что двутавр нужно будет приваривать и требуется оставить запас для сварочных швов.

Таблица размеров двутавра

Для расчета нагрузки следует сначала узнать нормативное воздействие (нагрузка, приходящаяся на 1 м профиля). Затем это значение умножаем на коэффициент прочности по нагрузке и полученный результат суммируем с массой изделия. Таким образом, мы вычисляем момент сопротивления, а там дело за малым, осталось только подобрать из сортамента нужный профиль.

При этом следует учитывать, что металлическая конструкция может использовать максимум 80% от допустимого прогиба.

Современные технологии значительно упрощают нашу жизнь и если нет никакого желания самостоятельно заниматься расчетами и подбирать нужный вариант по справочникам, то можно воспользоваться онлайн-калькулятором. С ним работать очень просто, необходимо всего-то заполнить пустые поля и программа выдаст оптимальные варианты. Нужно указать конструкцию, в которой будет использоваться двутавровая балка, например, она необходима для перекрытия. Затем уточняете максимальный пролет и шаг установки профиля. Шагом называется расстояние между двумя элементами, расположенными параллельно друг к другу. Рекомендуемая величина составляет 1 м, но в некоторых случаях можно увеличить его до 1,2 м. Также необходимо знать расчетную нагрузку, приходящуюся на квадрат и угол наклона стропил. Теперь вы знаете, какой именно элемент лучше всего подойдет для конкретного перекрытия.

5

Безусловно, лучше всего подобрать двутавр с нужной несущей способностью и использовать его, но иногда такой возможности нет и необходимо усилить конструкцию самостоятельно. Этому вопросу мы и уделим внимание. Стоит отметить, что усиление различных узлов происходит неодинаково.

Выбор двутавра с нужной несущей способностью

Если на элемент перекрытия приходятся нагрузки на сжатие, растяжение либо изгиб, то необходимо увеличить сечение изделия. Сделать это можно, приварив дополнительные детали к профилю. Однако действовать нужно обдуманно и руководствоваться размерами двутавра, а также направлением сварочных работ. Дело в том, что во время этой операции металл нагревается, и несущая способность элементов может, напротив, снизиться. Для продольных швов максимально возможное понижение этой характеристики не превышает 15%. А вот если речь о поперечном направлении, то несущая способность может снизиться на целых 40%. Так что накладывать швы в поперечном направлении нельзя .

Зачем знать, как рассчитать нагрузку на балку перекрытия? Без этого этапа вам вряд ли удастся сделать больше одного этажа даже в самом простом доме. Поэтому давайте разберем все необходимые формулы и их значение, также мы предложим вам надежный калькулятор.

1 Что такое «балка перекрытия»?

Любая стройка начинается с расчетов, потому что без них построить удастся только красивый штабель из досок, кучку из металлических деталей и баррикаду из мешков с цементом. Не зная, как будут вести себя несущие конструкции, сооружение рискует превратиться в декорации фильма про войну в найкратчайшее время, вопреки вашим планам и возлагаемым ожиданиям.

В любом доме есть пол и потолок. На потолок принято вешать люстры, приделывать лепнины. По полу ходят люди, на нем стоит различная мебель, которую жильцы к тому же любят периодически двигать. Представьте себе, что вы купили диван, принесли его домой, втащили в квартиру, а пол под ним вдруг прогнулся и обвалился, а сам предмет мебели весело полетел вниз, по пути пробивая потолки квартир, забирая с собой предметы интерьера соседей… Представили? Вот такая картина ожидала бы вас, если б не было балок перекрытия.

Издавна уж так повелось, что плоскости между верхними и нижними ярусами жилища должны поддерживаться прочным "скелетом". До ХХ века эту основу делали из дерева и металла, начиная с прошлого столетия – еще и из железобетона. Не поменялось только название. Подобные "ребра" назывались балками перекрытия в те времена, продолжают так именоваться и сейчас. Эти самые балки выступают основными опорными элементами, а потому их прочность должна быть достаточна не только для того, чтобы держать плоскости в виде пола или потолка, но еще и людей, мебель, а в многоэтажном доме – вес вышерасположенных этажей и конструкций здания.

2 Деревянные конструкции и их укладка

Балки из дерева можно подразделить на 4 основных вида:

• из цельного бруса;
• из клееных досок:
• из клееного бруса (LVL);
• из бревна.

В зависимости от прочности каждого из видов решается вопрос, какую балку перекрытия применять. Основная область, где используются такие элементы конструкции, дачное строительство. Так как их основное предназначение – укрепление здания, балки кладут не сразу, а после того, как возведены несущие части здания.

При возведении домов из дерева, для элементов перекрытия прорубаются специальные отверстия, а если это кирпичный дом, то отверстия под балки оставляются в ходе возведения стен.

Укладку "ребрышек" в подготовленные отверстия стоит производить чуть ли не с ювелирной точностью, потому что малейший перекос ведет к серьезному риску: со временем нагрузка может постепенно перераспределиться, что грозит либо перекосом стен, либо вообще обрушением всего дома. Именно поэтому при укладке активно применяются нивелир, отвес, уровень, а укладываться концы балки в отверстия должны не менее чем на 15 см.

3 Металлические балки и сферы применения

При изготовлении этого вида балок используются металлические сплавы усиленной плотности. В связи с тем, что вес изделий довольно-таки большой (да и стоимость побольше, чем у деревянных), широкого распространения при возведении загородных зданий подобный вид не приобрел.

Видов подобных балок перекрытия довольно много. Основные из них:

• широкая;
• колонная;
• двутавровая;
• сварная;
• специальная.

В свою очередь, и эти виды имеют свои градации, но особо про них упоминать не будем, иначе придется использовать не только много места для описания, но еще уйму времени для прочтения. Используются балки перекрытия из металла в промышленном и гражданском строительстве. Вы прекрасно можете их рассмотреть во время проезда по металлическим мостам, или во время посещения заводских зданий. Наиболее популярны двутавровые изделия, сечение которых похоже на букву "Н". Естественно, здесь тоже действуют стандарты, в соответствии с которыми производятся расчеты.

4 Железобетонные ребра жесткости для дома

Согласно стандартам, имеется целых 16 видов балок из железобетона! Наиболее часто используются четыре: стропильная, с параллельными поясами; односкатная; двускатная; подстропильная. Особенность подобных "ребер" в том, что их можно изготавливать не только на производстве, но и самостоятельно. Однако тут есть тоже свои стандарты при расчетах:

• армирование идет по схеме: диаметр прута 12–14 мм, укладка в 4 ряда – 2 сверху, 2 снизу;
• заливка непрерывная, в один прием;
• высота изготовленной балки не ниже 5 % от длины проема;
• пропорция ширины – 7 единиц высоты к 5 единицам ширины.

Помимо преимуществ (оптимальное распределение нагрузки, надежность, неподверженность коррозии, долговечность), есть и существенные недостатки, ограничивающие применение подобных перекрытий. Это необходимость использования специальных приспособлений и большой вес.

5 Расчет нагрузки на балку – что должен знать калькулятор?

Если начинать расчет нагрузки для балок перекрытий, то прежде всего надо руководствоваться "золотым" правилом, которым пользуются строители еще с незапамятных времен: сечение несущей опоры должно быть не меньше 1 / 25 от ее длины. К примеру, длина балки перекрытия 4 метра, значит, ее толщина – 4/25 = 0,16 м, или 16 см. С этим разобрались.

Второй критический момент состоит в том, что, согласно всем правилам природы и Всемирного тяготения, короткая палка прочнее длинной. Отсюда вывод: в прямоугольном помещении (а, как правило, все квартиры у нас такие) опоры надо устанавливать между стен, которые длинней. Кстати, и сами балки должны иметь запас не менее 50 см, чтобы уверенно опираться на стены (по половине запаса на каждую стену) . Как уже говорилось выше, для это расстояние должно быть не менее 15 см (значит больше – лучше).

Теперь переходим к самому ответственному моменту – к формулам. Чаще всего расчеты с различной степенью подробности помогают сделать . Но мы разберем все необходимые формулы с теоретической стороны. На основании многолетнего опыта известно, что стороны балки должны относиться друг другу в пропорции 7:5. Предположим, что некто решил пренебречь опытом предков и допустил отклонение высоты или ширины балки. Что произойдет в этом случае? А получится либо ее прогиб, либо искривление. Нагрузка увеличится, и много лет люди в помещении могут слышать потрескивания и поскрипывания потолка, веря в то, что наверху проживает домовой.

Чтобы не произошло как крупных, так и мелких неприятностей, берется калькулятор и производится расчет нагрузки на балку. Ее прогиб – дело обычное, но пределы этой деформации должны находиться в допустимых рамках: 2 сантиметра на каждые 4 метра, то есть, в соотношении 1:200. Теперь давайте всю эту кашу разложим на составляющие, подставив данные в формулу. Пусть прогиб будет обозначен буквой F, длина пролета – L, а допустимое расстояние, в рамках которого прогиб может "злодействовать", определим в 200 см. Таким образом, величина деформации будет следующей: F = L/200.

Надо отметить, что такой расчет идеален для деревянных балок. С железобетонными конструкциями формула немного другая. Тут добавляется величина распределенной нагрузки, которую обычно обозначают буковкой Q, и значение ее составляет 400 кг / м 3 . И этот "ужас" приобретает следующий вид: F = (Q x L)/8. Помимо формулы, следует еще принять во внимание и количество арматуры в бетоне, ее массу и площадь поперечного сечения каждого стержня. Учет этого параметра высчитывается уже с помощью таблицы, где указаны все эти значения.

Для расчета нагрузки для металлических балок перекрытия есть своя особенность, и не все онлайн-калькуляторы готовы предупреждать об этом пользователей. Вначале необходимо знать момент сопротивления (W). Он должен быть больше, либо совпадать с отношением максимального изгибающего момента (F) к расчетному сопротивлению (R). Последний параметр обычно берется из соответствующего справочника. В целом формула выглядит так: W > F / R .

И, наконец, последнее вычисление, которое применяется к прямоугольным балкам. Точнее, это те же самые вычисления, но по другой формуле, так как эти элементы перекрытия в большинстве имеют подобную форму. Обозначим высоту балки Н, ширину буквой В, а момент сопротивления назовем W. Формула будет выглядеть следующим образом: W = B x H 2 .

При использовании калькуляторов на специализированных сайтах приготовьтесь к тому, что придется ввести много предварительных значений. Поэтому нужно немного владеть вопросами характеристик балок и планируемого помещения в строящемся доме. Если калькулятор требует одно-два значения и готов вывести цифру, не спешите радоваться и ищите другой алгоритм расчетов или обратитесь к специалистам.

Все перечисленные формулы хоть и не так просты для понимания, но все равно кажутся довольно незамысловатыми. Но так все выглядит в идеале. Но на деле вышеназванными вычислениями все не кончается. Надо еще узнать, какое количество утеплителя будет применяться, какую нагрузку испытают детали перекрытия чердака во время снежного покрова… Но это, как говорится, совсем другая история.

Двутавр – это металлический профиль, изготовленный из углеродистой и низкогированных сталей, деревянная или стеклопластиковая балка с сечением в виде буквы Н. Двутавры применяют в строительной индустрии, мосто- и судостроении. При строительстве жилых и промышленных зданий он нужен для монтажа балок потолочного перекрытия. Как выбрать профиль и что учесть при его установке, чтобы получить прочную конструкцию?

Конструкционная форма двутавра

Разновидности двутавровых балок и их основные характеристики

Ввиду большого спроса на двутавровые изделия с самыми различными характеристиками налажено их производство не только из стали, но и прочих материалов – дерева, алюминия, железобетона, стеклопластика. В частном домостроении, в том числе многоэтажном, наиболее часто применяется фасонный металлопрокат, сварные и деревянные двутавры.

Разобравшись, что такое двутавр, несложно понять, что за счет своей формы он обладает высокой несущей способностью и жесткостью при малом удельном весе (в 30 раз больше, чем у квадратной балки с аналогичной площадью). Его горизонтальные поверхности – полки – являются несущими и служат опорными площадками, распределяющими нагрузку и не дающими балке перекоситься или опрокинуться.

Перекрытия, изготовленные из двутавровых элементов, отличаются прочностью, особенно важной для дальнейшего монтажа кровельного или полового основания.

Примечательно, что прочность расположенных рядом двутавровых элементов суммируется, а уложенных друг на друга – учетверяется.

Важными параметрами, по которым определяется необходимый вид двутавра, являются:

• габариты и площадь сечения;
• вес погонного метра;
• осевой момент сопротивления и инерции;
• статический момент и радиус инерции.

Двутавр как балка потолочного перекрытия

Тонкости выбора двутавровых балок из металла

Как правило, металлический двутавр производится из углеродистой и низколегированной стали, марка которой указывается в обозначении. Металлургические производства обязаны изготавливать его согласно нормативным документам, в которых прописаны основные требования к химическому составу материала, геометрическим параметрам и допускаемым отклонениям от нормы. Разделение металлопроката на различные по характеристикам подвиды позволяет его использовать максимально широко и рационально.

Сортамент металлических балок – размеры и маркировка

По ГОСТ 8239-89 типоразмер двутавра определяется высотой его стенки: например, профиль под номером 10 имеет расстояние между полками 100 мм, а 60-й типоразмер – 600 мм.

Кроме номера, обозначаемого в маркировке материала, существует еще несколько типов двутавровых профилей. Так, их различают:

• по расположению полок – с уклоном внутренних граней и с параллельными полками;
• по способу производства – изготовленные методом горячего проката (горячекатаные) и сваренные из стальных листов (сварные);
• точности изготовления – повышенной точности (маркируются литерой Б) и обычной точности (литера В).

Сортамент двутавра

Металлический двутавр, уклон внутренних граней которого составляет от 6 до 12%, считается классическим и, в свою очередь, классифицируется по назначению на обычный и специальный металлопрокат. Сортамент специальных двутавровых балок регламентируется ГОСТом 19425–74 и распространяется на балки для подвесных путей (серия М) и для армирования шахтных стволов (серия С).

Двутавры с параллельным расположением внутренних граней полок изготавливаются согласно действующему ГОСТу 26020-83 либо техническим условиям крупного завода-изготовителя СТО АСЧМ 20-93. В зависимости от особенностей конструкции существуют следующие виды балок:

• нормальные балочные «Б» (характеризуются высотой до 1000 мм, шириной полок до 320 мм);
• широкополочные «Ш» (высота – до 1000 мм, ширина – до 400 мм);
• колонные «К» (отличаются шириной полки, приблизительно равной высоте профиля).

Длина стандартного металлопрофиля составляет от 4 до 12 м (двутавры с параллельными полками могут быть и 13-метровыми), однако по согласованию с заказчиком допускается их изготовление большей длины.

Особенности сварного двутаврового профиля

Поскольку производители выпускают горячекатаный прокат размером не более 60Б, для конструкций, требующих исключительно высоких показателей жесткости и несущей способности, используют сварной двутавр. Согласно ТУ У 01412851.001-95 их также маркируют по высоте стенки двутавра, поэтому существуют типоразмеры от 45БС (высота 445 мм) до 200БС (высота 2010 мм). Литерная маркировка для горячекатаных изделий распространяется и на сварные.

Производство сварной балки

Технология их производства из листового металла более экономична, чем прокатывание стального сляба, однако представляет собой достаточно сложный процесс. Качество и надежность сварной двутавровой балки во многом зависит от используемого оборудования и неукоснительного соблюдения всех операций:

• заготовки требуемой толщины должны быть раскроены на станках с ЧПУ либо на оборудовании термической резки;
• элементы будущего двутавра на современных заводах свариваются на автоматизированных линиях с применением гидравлических прижимных элементов;
• готовое изделие подлежит обязательной правке, устраняющей термическую деформацию, после которой оно приобретает четко соблюденную геометрию.

Производство заготовок из малоуглеродистой стали, использование устаревшего оборудования, нарушение технологических приемов, низкая квалификация сварщика приводят к тому, что двутавры, изготовленные кустарным методом, имеют заниженные эксплуатационные возможности.

Выбирая материал, следует обращаться к надежным поставщикам, продукция которых по механическим свойствам не уступает горячекатаным аналогам.

В то же время, сваркой можно производить разнополочные двутавры и балки переменного сечения. Это позволяет подобрать оптимальную площадь сечения и уменьшить чрезмерный запас прочности конструкций. Также сварные изделия могут быть выполнены определенной длины, с заданными вырезами и отверстиями, с применением различных марок стали (бистальные балки), благодаря чему заказчик получает более технологичную и экономичную форму опор.

Сварные двутавровые балки переменного сечения и с перфорацией

Преимущества и недостатки использования Н-профиля

Только в России и странах СНГ существует более 20 металлургических заводов, многие из которых являются гигантами, производящими миллионы тонн проката в год. Двутавровые балки занимают львиную долю этого объема, поскольку отличаются универсальными характеристиками:

• наиболее рациональной с точки зрения расхода металла формой для балочных элементов;
• отличными показателями по износостойкости и прочности изготовленных из них конструкций;
• наличием госстандартов и технических условий, диктующих качественные параметры изделий;
• монолитностью и отсутствием сварных швов у горячекатаных двутавров – для особо ответственных металлоконструкций;
• разнообразием характеристик и свойств у сварных двутавров – для облегчения балочных конструкций, уменьшения нагрузки на фундамент и снижения стоимости строительного проекта.

Плюсов у сварной и горячекатаной металлопродукции много, однако есть и условные недостатки, которые необходимо учитывать их на этапе проектирования:

• малая устойчивость Н-образной балки к скручиванию (в 400 раз меньше, чем у балки круглого сечения);
• дефицит горячекатаных двутавров больших типоразмеров и вынужденная их замена сварным профилем;
• необходимость дополнительного армирования сварных двутавров, используемых в качестве нагруженных элементов;
• неоправданно высокая металлоемкость и большое количество отходов при использовании балки длины и толщины, определенных ГОСТом, а не заказчиком.

Приобрести прокатные балки можно сразу у торгующих металлопрокатом посредников либо производителей, а сварные изделия чаще всего необходимо заказывать заблаговременно.

Применение двутаврового металлопроката

Интенсивное развитие строительной промышленности вызвало необходимость совершенствования и рационализации способов изготовления металлических двутавровых балок, благодаря чему сфера их применения заметно расширилась. Сегодня двутавр используется как в малоэтажном частном строительстве, так и в крупных проектах коммерческой и промышленной направленности, а также в тяжелом машиностроении.

Двутавр в виде кровельной фермы ангара

Где применяется Н-образный стальной прокат

В ходе теоретических и экспериментальных исследований было доказано, что двутавровые балки оптимально воспринимают нагрузки на изгиб, следовательно, их целесообразно использовать в виде несущих элементов:

• металлических балок перекрытия зданий;
• колонных металлоконструкций;
• мостовых сооружений;
• подвесных путей;
• рамных конструкций вагонов, автомобилей, экскаваторов и пр.;
• арматурного каркаса стен шахт.

Широкополочный двутавр допустимо использовать для балок, колонн и стержней средненагруженных ферм, тогда как колонный ставится только при больших пролетах и существенных нагрузках (на фото – двутавровая балка колонного типа).

Колонный двутавр

Расчет стального двутавра – что важно учесть

Чтобы минимизировать отходы, облегчить конструкцию, тем самым снизив трудовые и материальные расходы без ущерба для прочности здания, необходим профессиональный расчет двутавровых балок. Такую услугу предоставляют архитектурные и конструкторские бюро или строительные фирмы.

В несложных случаях калькуляцию можно провести самостоятельно, однако рекомендуется проверить ее результаты у специалиста.

Исходными данными для решения задачи по выбору профиля согласно несущей способности служат несколько показателей:

• расстояние между внутренними гранями более коротких стен (длина пролета);
• нормативная и расчетная нагрузка (нормативные данные берутся из таблиц соответствующего ГОСТа, а расчетные определяются путем их умножения на шаг балки (от 0,8 до 1,2 м));
• количество двутавров, соединенных в одной балке (в том случае, если она составная), и их ориентация относительно нагрузки;
• расчетное сопротивление (параметр, зависящий от марки стали, обычно берется усредненное значение Ry=210 Мпа).

Вычислив требуемый момент осевого сопротивления, можно точно определить номер двутавра (это также делается по таблицам).

Монтаж перекрытия по металлическим двутавровым балкам

Вне зависимости от того, ведется ли строительство нового здания либо реконструируется старое, монтаж перекрытия должен вестись по чертежу поверхности, дающему подробное представление о будущей конструкции. Запрещено увеличивать шаг между двутаврами на расстояние более расчетного, так как экономия на этом этапе чревата негативными последствиями.

Преимущества перекрытий из двутавра

Опорами для двутавра служат металлические, железобетонные либо кирпичные колонны и несущие стены. При установке обязательно надо использовать строительный уровень – это поможет избежать проблем при монтаже опалубки. Также важно обеспечить достаточную площадь опор – для этого балки должны заходить на стену более чем на 20 см.

На опорных поверхностях требуется закрепить фанерный лист расчетной толщины для опалубки под заливку монолитной бетонной плиты. Необходимо, чтобы ее толщина составляла не менее 1/35 шагового расстояния. После установки поддерживающей системы (ее обычно изготавливают из металлических распорок или деревянных балок по 1–2 шт. на кв. м.) важно проверить прочность балочного перекрытия собственным весом, стараясь выявить малейшие колебания поверхности.

При обустройстве больших пролетов иногда возникает необходимость в стыковке двутавров – ГОСТа как такового для этой операции не существует, однако есть соответственное требование в СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции».

Согласно ему стыковку допускается производить одним из трех способов:

• сваркой встык фрезерованных торцов;
• на накладках со сварными или сварными соединениями;
• с помощью фланцев, воспринимающих растягивающее усилие болтами, тогда как сжимающее – через прижатие фланцевых поверхностей.

Варианты выполнения монтажных стыков

Узел крепления двутавра с колонной с помощью накладок и болтового соединения

Следует помнить, что металлические балки подвержены коррозии, поэтому их требуется защищать лакокрасочными покрытиями.

Деревянные балки-двутавры – сортамент и практическое применение

Целесообразность применения двутавровых балок из дерева вызывает немало сомнений. В частности, многие недоумевают, чем они отличаются от простых деревянных брусьев. Ответ на эти сомнения кроется опять-таки в особой конструкции двутавра, который в данном случае состоит из двух деревянных полок и фанерной стенки – за счет этого он способен выдержать изгибающую нагрузку, в несколько раз большую, чем монолитная балка с простым сечением.

Деревянные двутавры – новинка на рынке стройматериалов

Виды и типоразмеры деревянных профилей

Ассортимент этого стройматериала достаточно хорошо проработан и позволяет его применять как несущий элемент не только перекрытий и стропильных систем, но и каркасов стен и крыш. Так, различают следующие серии деревянных двутавров:

• клееная (БДК) – балка склеивается из конструктивных элементов синтетическими смолами под высоким давлением и предназначена для использования в коротких пролетах;
• клееная усиленная (БДКУ, БДКУ-Л) – благодаря увеличенной ширине полки (64 мм) балки этой серии имеют достаточную площадь для гвоздевого крепления и могут быть применены на длинных пролетах;
• клееная широкая (БДКШ, БДКШ-Л) – отличаются еще более широкой полкой (89 мм), поэтому серия предназначена для использования в конструкциях, испытывающих крайне высокую нагрузку, стропильных системах или на сверхдлинных пролетах;
• стеновая усиленная (СДКУ, СДКУ-Л) – этот вид балок используется в каркасе стен в качестве его основы;
• стеновая широкая (СДКШ, СДКШ-Л) – стойки с такой маркировкой применяются для изготовления стеновых панелей.

Литера Л в конце маркировки означает, что балка изготовлена из высокопрочного бруса LVL, что придает ей прочность, превышающую обычную в 1,25–1,5 раза. Стандартная длина балок – 6 м, тогда как серии БДКУ-Л и БДКШ-Л выпускаются в длинах от 6,5 до 8 м. Их высотный ряд выглядит таким образом: 241 мм, 302 мм, 356 мм, 406 мм, 457 мм.

Каркасное здание из двутавровых балок

Монтаж перекрытия их двутавров

Достоинства двутавровой балки из дерева

Конечно, система двутавровых деревянных конструкций не может в полном объеме заменить металл и железобетон, однако они остаются лидером среди современных и надежных стройматериалов благодаря целому ряду технических и эксплуатационных характеристик:

• универсальность применения – такие двутавры пригодны для строительства каркасных, кирпичных, блочных и деревянных домов;
• малая масса опорного стержня (6-метровая балка весит в среднем около 40 кг), позволяющая вести монтаж без привлечения спецтехники;
• высокая скорость монтажа и его простота – опытный монтажник за день может перекрыть весь дом с помощью простого плотницкого инструмента;
• широкий выбор производственных серий и солидная номенклатура размеров;
• низкая теплопроводность и водоустойчивость (при условии достаточной просушки древесины).

К условным минусам деревянного двутавра следует отнести зависимость его надежности от условий производства: качества и сорта древесины, из которой изготовлены опорные части и стойки балки, термостойкости и пластичности клеящей массы, точности геометрических размеров и сборки элементов.

Кроме того, дерево считается относительно нестабильным материалом, прочность которого может изменяться в течение всего эксплуатационного периода.

Варианты расчета и монтаж материала

Так же, как и в случае с металлическими двутаврами, подбор размеров деревянного двутавра ведется исходя из расчетной и нормативной нагрузки, условий эксплуатации, шага балок и длины пролета. В отдельных случаях допустимо воспользоваться табличными данными, предлагающими готовые технические решения. Однако ввиду особой ответственности перекрывающих и стропильных конструкций, эти параметры рекомендуется сверить у профессионального архитектора.

Таблица 1: Подбор типоразмера деревянного двутавра при устройстве перекрытия

Таблица 2: Подбор типоразмера деревянной двутавровой балки при устройстве наклонных стропил

Установку двутавров производят с помощью временных крепежных элементов, которые в дальнейшем заменяются стационарными.

Эксплуатировать поверхность до того времени, как смонтирована обвязка и не установлены постоянные закрепления, запрещено. Тщательно рассчитанные и грамотно собранные конструкции из двутавров отличаются надежностью, долговечностью и высокой несущей способностью.

Похожие статьи