Металлические балки перекрытия: виды и свойства

План расположения металлических балок в перекрытии приведен на рисунке 1.

Что такое балки и из чего изготавливаются

Балка — это важный элемент в конструкции, она ставится для повышения устойчивости и укрепления конструкции. Металлические балки изготавливаются чаще всего из стали, их действие направлено на изгиб. Если сооружение слишком массивное, то балка изготавливается двутавровая, она похожа на две соединенные буквы т. При таком сечении нагрузка на материал распределяется равномерно и повышается сопротивляемость.  Балки бывают не только из металлических соединений, есть также деревянные, они используются в более простом строительстве, они не могут изготавливаться с разными видами сечения, поэтому представляют собой обычный брус с разной длиной и шириной. 

Расчет металлической балки перекрытия

Бывают случаи, когда деревянные балки для междуэтажных или чердачных перекрытий использовать экономически не выгодно. Например, когда пролет слишком большой и поэтому для его перекрытия требуются деревянные балки большого сечения. Или когда у Вас есть хороший знакомый, который торгует не пиломатериалом, а металлопрокатом.

В любом случае не лишним будет знать во сколько может обойтись перекрытие, если использовать металлические балки, а не деревянные. И в этом Вам поможет данный калькулятор. С его помощью можно рассчитать требуемые момент сопротивления и момент инерции, которые для подбора металлических балок для перекрытия по сортаментам из условия прочности и прогиба.

Рассчитывается балка перекрытия на изгиб как однопролетная шарнирно-опертая балка.

Сбор нагрузок на второстепенные балки

В соответствии с таблицей 1 суммарная нормативная нагрузка на второстепенные балки составит

кгс/м2,

а суммарная расчетная нагрузка будет равна

кгс/м2.

Каждой балке соответствует участок перекрытия (грузовая площадь), с которого она воспринимает нагрузку. Ширина этого участка равна шагу балок

(а = 2,16 м, рис.1). Преобразуем нагрузку с указанного участка перекрытия в равномерно распределенную по длине балки (в погонную нагрузку). Определяем погонную нормативную нагрузку на второстепенную балку:

и погонную расчетную нагрузку:

Расчетная схема второстепенной балки и эпюры внутренних усилий показаны на рисунке 2.

Рис.2. Расчетная схема второстепенной балки и эпюры внутренних усилий

Наибольший изгибающий момент .

Наибольше значение поперечной силы .

Опорная реакция второстепенной балки R1= 11 190 кгс.

В соответствии с таблицей 50* [1] принимаем второстепенные балки из стали С245 по ГОСТ 27772-88* (предполагая, что толщина проката менее 10мм) с расчетным сопротивлением по пределу текучести Ry = 2450кгс/см2 и с расчетным сопротивлением срезу Rs = 0,58Ry = 1421кгс/см2. Для балок технологической площадки коэффициент условий работы γc = 1 (таблица 6* [1]).

Момент сопротивления изгибу, требуемый для обеспечения прочности балки при ее работе в упругой стадии, согласно [1]: .

Сечение балки выбираем в виде горячекатаного двутавра №36 по ГОСТ 8239-72* (рис. 3), у которого момент сопротивления изгибу Wx = 743см3 больше, чем Wтр = 685,1см3. Остальные геометрические характеристики сечения: Sx = 423см3 – статический момент сдвигаемой части сечения относительно оси х; Ix = 13 380см4 – момент инерции сечения относительно оси х;

А = 61,9см2 – площадь поперечного сечения; tw = 7,5 мм – толщина стенки двутавра; толщина полки – 12,3мм (максимальная толщина проката в сечении).

рис. 3. Сечение второстепенной балки

Проверки для второстепенной балки

Проверяем прочность балки на срез согласно [1] по касательным напряжениям:

Прочность балки на срез обеспечена.

Принимаем конструктивное решение, обеспечивающее при опирании монолитной железобетонной плиты на верхний пояс балки надежную связь по всей длине балки между этим поясом и железобетонной плитой в горизонтальной плоскости. Такое закрепление можно создать, например, путем установки закладных деталей в монолитной плите с шагом не более значений, указанных в таблице 8* [1], с приваркой этих деталей к верхнему поясу балки. При принятии в проекте указанного конструктивного решения (или другого, также создающего непрерывное закрепление сжатого пояса балки в горизонтальной плоскости) общая устойчивость второстепенных балок будет обеспечена (п. * [1]) и выполнять проверку по [1] не требуется.

Читайте также:  Как отремонтировать деревянный пол в квартире и доме

Проверку второстепенной балки на жесткость при изгибе проводим по формуле для относительного прогиба балки:

где – предельно допустимый относительный прогиб балки в соответствии с таблицей 19 [2];

– модуль упругости стали.

Жесткость балки достаточна.

Правила укладки балок перекрытия

Если возводится кирпичное здание, то для устройства в нем межэтажных перекрытий в стенах оставляют специальные отверстия, которые предусмотрительно оставляют во время кладки стен. Если дом строится деревянный, то отверстия, в которые впоследствии будут прокладываться балки, просто вырубаются в нужных местах. Укладка балки должна быть произведена таким образом, чтобы опорная длина концов, заходила на в проемы не менее, чем на 15 см. Горизонтальность укладки проверяется уровнем или ватерпасом. Чтобы выдержать точное расстояние между устраиваемыми балками, можно использовать отрезок рейки нужной длины. Она и будет служить показателем того расстояния, через которое следует установить следующую балку. Крепить эти опорные элементы следует через каждые два бруса. Производятся они с помощью анкеров. Для выравнивания балок по горизонтали в проемы, в которые они укладываются, можно подкладывать под их концы деревянные плашки. Не следует забывать и об утеплении при производстве этих работ. Все свободное пространство, которое остается в проемах после устройства в него балки. следует заполнить утеплителем. Обычно в этих целях используется стекловата. Также важно сделать гидроизоляцию. Поэтому в каждый проем прокладываются куски рубероида в два слоя или плотного полиэтилена. Расположить балки можно как в параллельном, так и перекрестном направлении. Но последнее довольно сложно в монтаже, и на практике используется редко.

Как выполнить работы

Расчеты

Точные расчеты для несущей способности балок, как правило, выполняют особые организации с достаточным опытом. При выполнении расчетов самостоятельно используется следующая система:

  • Чердачное перекрытие с подшивкой, утеплителем в котором является минеральная вата, имеет постоянную нагрузку 50 кг/м2. По стандартам СНиП при такой нагрузке нормативом будет 70 кг/м2, если коэффициент запаса прочности равен 1.3. Итак, узнать общую нагрузку несложно – 1.3*70+50=130 кг/м2.
  • Если вы производите расчеты для мансардного помещения, то следует учесть вес материала, из которого выполнен пол и предметы, которые находятся в этом помещении. В таком случае нагрузка будет 350 кг/м2.
  • Если же деревянные балки перекрытия играют роль межэтажных пролетом, то величина нагрузки будет равна 400 кг/м2.

Определение шага и сечения балок

Когда известны данные о длине и нагрузке балок, можно узнать шаг установки и размер сечения/диаметр.

Учтите, что показатели взаимосвязаны между собой, и их можно рассчитать по установленным правилам:

  1. Высота и ширина балок должна иметь пропорцию 1.4:1. При этом учтите, что ширина балок должна быть от 4 до 20 см, а высота от 10 до 30 см (это с расчетом на утеплительный материал). Бревна для перекрытия обязательно должны быть с диаметром от 11 до 30 см.
  2. Шаг установки обязательно должен иметь предел от 0.3 до 1.2 метра (с учетом материала для утепления и материала для подшивки). Если дом каркасный, то шаг обязательно должен быть такой же, как и между каркасов.
  3. Произвести определение сечения балок из дерева можно по специальным таблицам или программам. При проведении расчета сечения следует учесть, что максимально допустимый изгиб балок на чердаке равен 1 от 200, а для межэтажных 1 от 350.

Использование деревянных ферм – преимущества и недостатки

Как выполнить работы

Выполненные из дерева фермы перекрытий по виду напоминают два параллельно расположенных друг под другом бруска или бревна, которые между собой соединены опорами, а те в свою очередь находятся по отношению к бревнам или брускам вертикально или же под углом. Главной задачей ферм является перекрытие длинных пролетов, если невозможна установка дополнительных опорных стоек. Чтобы сделать фермы, используют специальные разработанные таблицы и программы, в которых учитываются типы соединений, шаг установки, общие размеры и сечение деталей. Чаще всего фермы делают по промышленному методу с использованием оборудования высокой точности. Вместе с тем есть вариант самостоятельного изготовления фермы.

Читайте также:  Выравнивание деревянного пола: способы и инструменты

Если сравнить деревянные фермы и балки перекрытия, можно выявить все достоинства и недостатки, которые есть у ферм.

К достоинствам отнесем:

  • Возможность накрыть пролет больших размеров и при этом не использовать дополнительные опорные стойки.
  • Небольшой общий вес, благодаря чему нагрузка на несущие элементы строения тоже будет небольшой.
  • Высокая прочность и никаких прогибов, что дает длительный срок эксплуатации напольного и подшивочного материала.
  • Простота установки на все несущие элементы в независимости от материала изготовления.
  • Есть возможность изменить ширину шага укладки.
  • Можно установить внутренние коммуникационные линии.
  • Отличная звукоизоляция.
  • Если фермы были выполнены красиво, их можно даже не зашивать и тогда они будут играть роль декоративного элемента.

Но помимо достоинств есть и некоторые недостатки, а именно:

  • Из-за особенностей конструкции сильно увеличивается толщина межэтажного перекрытия.
  • Большие затраты в плане труда при изготовлении фермы собственноручно, требуется специальное оборудование.
  • Готовые конструкции достаточно дорогие.

Выбирать фермы или деревянные балки – решать только вам.

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Чтобы построить деревянный дом необходимо провести расчёт несущей способности деревянной балки. Также особое значение в строительной терминологии имеет определение  прогиба.

Без качественного математического анализа всех параметров просто невозможно построить дом из бруса. Именно поэтому перед тем как начать строительство крайне важно правильно рассчитать прогиб деревянных балок. Данные расчёты послужат залогом вашей уверенности в качестве и надёжности постройки.

Что нужно для того чтобы сделать правильный расчёт

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Расчёт несущей способности и прогиба деревянных балок не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Чтобы определить, сколько досок вам нужно, а также, какой у них должен быть размер необходимо потратить немало времени, или же вы просто можете воспользоваться нашим калькулятором.

Во-первых, нужно замерить пролёт, который вы собираетесь перекрыть деревянными балками. Во-вторых, уделите повышенное внимание методу крепления. Крайне важно, насколько глубоко фиксирующие элементы будут заходить в стену. Только после этого вы сможете сделать расчёт несущей способности вместе с прогибом и ряда других не менее важных параметров.

Длина

Перед тем как рассчитать несущую способность и прогиб, нужно узнать длину каждой деревянной доски. Данный параметр определяется длиной пролёта. Тем не менее это не всё. Вы должны провести расчёт с некоторым запасом.

Важно! Если деревянные балки заделываться в стены — это напрямую влияет на их длину и все дальнейшие расчёты.

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

При подсчёте особое значение имеет материал, из которого сделан дом. Если это кирпич, доски будут монтироваться внутрь гнёзд. Приблизительная глубина около 100—150 мм.

Когда речь идёт о деревянных постройках параметры согласно СНиПам сильно меняются. Теперь достаточно глубины в 70—90 мм. Естественно, что из-за этого  также изменится конечная несущая способность.

Если в процессе монтажа применяются хомуты или кронштейны, то длина брёвен или досок соответствует проёму. Проще говоря, высчитайте расстояние от стены до стены и в итоге сможете узнать несущую способность всей конструкции.

Важно! При формировании ската крыши брёвна выносятся за стены на 30—50 сантиметров. Это нужно учесть при подсчёте способности конструкции противостоять нагрузкам.

К сожалению, далеко не всё зависит от фантазии архитектора, когда дело касается исключительно математики. Для обрезной доски максимальная длина шесть метров.

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

В противном случае несущая способность уменьшается, а прогиб становится больше.

Само собой, что сейчас не редкость дома, у которых пролёт достигает 10—12 метров. В таком случае используется клееный брус. Он может быть двутавровым или же прямоугольным. Также для большей надёжности можно использовать опоры. В их качестве идеально подходят дополнительные стены или колоны.

Совет! Многие строители при необходимости перекрыть длинный пролёт используют фермы.

Общая информация по методологии расчёта

В большинстве случаев в малоэтажном строительстве применяются однопролётные балки. Они могут быть в виде брёвен, досок или брусьев. Длина элементов может варьироваться в большом диапазоне. В большинстве случаев она напрямую зависит от параметров строения, которые вы собираетесь возвести.

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Внимание! Представленный в конце странички калькулятор расчета балок на прогиб позволит вам просчитать все значения с минимальными затратами времени. Чтобы воспользоваться программой, достаточно ввести базовые данные.

Роль несущих элементов в конструкции выполняют деревянные бруски, высота сечения которых составляет от 140 до 250 мм, толщина лежит в диапазоне 55—155 мм.

Это наиболее часто используемые параметры при расчёте несущей способности деревянных балок.

Читайте также:  Как правильно монтировать панели перекрытия

Очень часто профессиональные строители для того чтобы усилить конструкцию используют перекрёстную схему монтажа балок. Именно эта методика даёт наилучший результат при минимальных затратах времени и материалов.

Если рассматривать длину оптимального пролёта при расчёте несущей способности деревянных балок, то лучше всего ограничить фантазию архитектора в диапазоне от двух с половиной до четырёх метров.

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Внимание! Лучшим сечением для деревянных балок считается площадь, у которой высота и ширина соотносятся как 1,5 к 1.

Как рассчитать несущую способность и прогиб

Стоит признать, что за множество лет практики в строительном ремесле был выработан некий канон, который чаще всего используют для того, чтобы провести расчёт несущей способности:

M/W

Расчет несущей способности и прогиба деревянных балок

Видео-инструкция

При возведении деревянного перекрытия по балкам важен каждый из этапов работ: от расчетов до ввода в эксплуатацию. В приведенных ниже видео наглядно демонстрируется технология проектирования и возведении кровельных конструкций.

1. Расчет материалов для деревянных перекрытий.

2. Возведение подвального перекрытия по деревянным балкам

3. Возведение межэтажного перекрытия по деревянным балкам.

4. Возведение чердачного перекрытия.

5. Способы усиления деревянных бревен.

6. Монтаж чернового пола перекрытий.

Заливка перекрытий по профнастилу

По возможности перекрытие бетонируется за один раз сразу или целыми пролетами перекрытия. Если это невозможно, точно фиксируется график с учетом времени схватывания материала. Целесообразно пользоваться готовым бетоном марок от М300 и выше с мелкой фракцией щебня (до 5 мм), способной проникнуть в опалубке под арматуру. Вибропрессование обязательно.

Бетонные работы делаются при положительных температурах воздуха, при отрицательных — бетон должен содержать антиморозные пластификаторы. Сначала раствор заливают в перфорации листа, а затем по площадке. При креплении листов на внутреннюю полку двутавра смесь заливается до уровня верхней полки.

Раствор выравнивается гладилками и «железнится» сухим цементом для предохранения от внешних воздействий. Минимальная толщина безбалочного перекрытия 250 мм (считая от нижнего края профиля), в балочном исполнении — 70 – 80 мм (без учета высоты профиля). Уход за материалом включает регулярное увлажнение и укрывание влагоемкими материалами до набора 70% прочности (10 – 14 суток при 20 град.).

В холодную погоду созревание камня значительно удлиняется, его поверхность следует утеплять. При оптимальных условиях созревания камня временные опоры убираются через 28 дней. Материал готов к последующей обработке.

Конструктивные варианты перекрытия по металлическим балкам

На основе стального профиля можно сделать прочное перекрытие, используя различные варианты:

  • перекрытие монолитное по металлическим балкам. Формируется путем заливки бетона в опалубку, дополнительно усиливается арматурной решеткой. Это проверенный на практике вариант, отличающийся комплексом преимуществ. Главные плюсы, привлекающие застройщиков – повышенная прочность бесшовной поверхности и отсутствие неровностей;
  • монолитно-сборную конструкцию. Для ее обустройства применяются блоки из ячеистого бетона, изготовленные на промышленных предприятиях. Они укладываются краями на поверхность стального профиля. Сооружается теплоизолированные опалубка, производится армирование и заливаются бетонным раствором стыковые участки;
  • составную конструкцию из различных материалов. Могут применяться стандартные панели, деревянные доски, плиты. Элементы основы устанавливаются на несущие стальные балки. Для обеспечения комфортных условий эксплуатации важно утеплить и звукоизолировать сформированную поверхность, а также заделать зазоры между элементами.

В зависимости от финансовых возможностей и наличия материалов, застройщики в равной мере используют указанные варианты.

К качеству и прочности перекрытий в здании любой конструкции предъявляются особенно жесткие требования

Табличные данные

Анализ статистики и расчеты на основании данных о нагрузочной способности древесины хвойных пород (усредненной) позволили составить таблицу расстояний между лаг, вывести связь между толщиной досок (плит) настила и шагом опорных брусьев.

Важно: если проходимость комнаты повышена или планируется установка тяжелой мебели (оборудования), необходимо делать поправку. При этом увеличивается толщина половой доски, как и сечение брусьев, а размер между лагами уменьшается.

Для устройства пола на твердом (железобетонная плита) основании принимается минимально допустимое сечение брусьев и максимальное расстояние между ними. При создании настила в каркасном или деревянном доме учитывается не только полезная нагрузка на настил, но также собственный вес конструкции – брусьев, чернового настила, тепло-, звуко- и гидроизоляции, чистовой отделки.