Монолитное перекрытие по металлическим балкам
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.
Далее необходимо собрать нагрузки на 1 м2 перекрытия. Как собирать нагрузки, подробно изложено в статье «Собираем нагрузки на ленточный фундамент дома». При этом учитывается:
- временная нагрузка на перекрытие,
- нагрузка от веса перегородок (желательно балки располагать под перегородками, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на облегченное перекрытие),
- нагрузка от веса полов,
- 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 L1/L2 > 2, где L1 - длина балки, L2 - 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/м2. Материалы плиты: бетон класса В15, расчетное сопротивление бетона Rb = 7,7 МПа, арматура горячекатаная периодического профиля класса А400С, расчетное сопротивление арматуры 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 м2 переркытия.
Вид нагрузки: |
нормативная, кг/м2 |
коэффициент надежности |
расчетная, кг/м2 |
Временная нагрузка |
150 |
1,3 |
195 |
Нагрузка от веса полов |
140 |
1,1 |
154 |
Нагрузка от веса перегородок (усредненная) |
50 |
1,1 |
55 |
Собственный вес перекрытия 2500*0,08 |
200 |
1,1 |
220 |
ИТОГО |
540 |
|
624 |
Для расчета перекрытия необходимо найти максимальный изгибающий момент, который возникает в крайнем пролете плиты, и равен: М = qL2/11 (см. формулу 6.169 справочник «Проектирование железобетонных конструкций», Голышев А.Б.).
В нашем случае, q = 624 кг/м - расчетная нагрузка на плиту шириной 1 м, L = 2,5 м - расстояние между балками, значит М = 624*2,52/11 = 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 бетоных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения). Значение αR находим из таблицы 18 пособия. Для арматуры класса АIII (А400С) и бетона класса В15 αR = 0,440.
Находим αm = М/Rbbh02 = 355/(770000*1*0,0452) = 0,228, где
b = 1 м - ширина полосы перекрытия, для которой выполняется расчет;
h0 = 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
ζ= 0,87.
Найдем площадь рабочей арматуры плиты:
Аs = М/(Rs* ζ*h0) = 355/(36500000*0,87*0,045) = 0,000248 м2 = 2,48 см2. Принимаем арматуру диаметром 8 мм с шагом 200 мм (5 стержней на 1 метр плиты, площадью 2,52 cм2).
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 стальных 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 м2 перекрытия у нас получилась 540 (624) кг/м2, 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 = qL2/8, где q - нагрузка на 1 погонный метр балки, L - расчетная длина балки.
Нормативный момент Мн = 1350*6,32/8 = 6698 кг*м,
расчетный момент Мр = 1560*6,32/8 = 7740 кг*м.
Определим требуемый момент сопротивления:
Wтр = Мр/1,12R = 7740/(1,12*21) = 329 см3. По сортаменту (например справочник Я.М. Лихтарников Расчет стальных конструкций, приложение VI) подбираем двутавр №27 (момент сопротивления W = 371 см3, момент инерции I = 5010 см4).
Проверяем прочность балки из условия:
σ= М/1,12W = 7740/(1,12*371) = 18 кН/см2, что меньше R = 21 кН/см2 - условие обеспечено.
Проверим жесткость балки.
Мн*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.
Схему устройства перекрытия, характеристики которого мы определили по ходу расчета, смотрите на рисунке ниже.
Еще полезные статьи:
«Как выполнить армирование монолитного перекрытия частного дома» - на эту статью обращаю особое внимание, ее мало кто замечает, но по ней можно подобрать армирование перекрытия прямоугольного дома с одной внутренней несущей стеной (самый распространенный тип перекрытия).
«Сборное перекрытие или монолит?»
«Как пересчитать арматуру на другой диаметр»,
какой вес выдержит двутавровая балка
длинной 8.5 м и высотой 40-60 см
заранее спасибо
Я не применяла
Пожалуйста
Нужно собрать нагрузки на балку и выполнить расчет
Перекрытие возможно любое (сборное, монолитное, деревянное и т.д.), главное избегать больших пролетов и выполнить расчет стен согласно СНиП (ДБН) "Каменные и армокаменные конструкции".
Можно не делать балки вообще, а просто сделать перекрытие монолитное, только более толстое и с более мощным армированием. Также можно сделать ребристое монолитное перекрытие, либо применить сборные ж.б. балки.
Стас, в данной статье изложен способ, как прикинуть металлическую балку.
Имею коробку из шлакоблока полнотелого, 6 на 8 метров, планирую перекрыть все это дело перекрытием на балке, номером 16, по 6 метровой стороне, шаг балок думаю делать по 1200 мм, арматура 10 , толщина бетона 12 см, то есть по сути это будет крыша плоская) после заложенной опалубки на полки двутавра, хочу постелить утеплитель (пенопласт), а уже поверх заливать бетон, то есть 6 см как бы внутри, а остальные поверх как бы единым слоем. вопрос, вот в чем, хватит ли этих балок номер 16 на пролет 6 метров, при условии что крыша ничего на себе не будет нести помимо своего веса и снега зимой) С Уважением, Максим. Начинающий мастер ломастер)
По моим подсчетам, не более чем 800 кг на всю площадь крыши.
И еще, если ваше перекрытие - на пристройке к более высокой части дома, то может образоваться снеговой мешок, это тоже нужно учесть. Если такой факт имеется, опишите подробно.
Для моей 4 зоны, Средний Урал, нагрузка аж 240 кг на метр квадратный!! и как я эти 800 кг своих расчетных насчитал...)
Сооружение отдельно стоящее.
Сделано перекрытие, помещение ширина 6*6.5, материалы: двутавр высота 120мм шаг укладки 1200мм (перекрыто по ширине т.е 6м), между двутаврами бетон на всю высоту (120мм) в бетоне арматура 10мм с шагом 120мм по длинне, (поперек между двутаврами клетка через 400мм арматура 10мм) с низу была опалубочная фанера и выдержано на стойках месяц.
Вопрос: какую нагрузку может выдержать данное перекрытие (полезная нагрузка)
Спасибо за ответ.
Не проходит №16, нужен №20 как минимум.
Обратитесь в проектную организацию
Андрей, у меня опыт в проектировании, а не в научном анализе неправильно сделанного. На пролет 6м двутавра №12 явно мало. Его полки для опирания арматуры 10мм тоже не достаточно (нужно 100мм минимум). Шаг арматуры 400мм - слишком большой, нужен не более 200мм. С такими исходными данными расчет не даст ответа, т.к. расчет подразумевает, что все законструирован о правильно.
Здравствуйте, спасибо за ответ.
Шаг арматуры 400мм это поперек между двутаврами (опирание 25мм) , паралельно двутавров лежит арматура с шагом 120мм диаметром 10мм от одной стены до другой (в каждом пролете 10шт.)
Схема http
Перекрытие стоит, трещин нет, но интересует какую нагрузку может выдержать.
Здравствуйте. Если я все понял правильно из этой переписки, то возможен вариант межэтажки по двутавру или сдвоенному швеллеру если приварить армирующую сетку или просто арматуру где-то посередине высоты оных балок, и залить все это бетоном.В этом случае все это будет работать как единая плита,правильно ? а как выполнить расчет такого перекрытия?
большое спасибо!!!это наверное единственный сайт в интернете,где все подробно описано))))сейч ас сяду расчитывать свое перекрытие)))
Лиза, пожалуйста! Естественно, это упрощенный расчет, рассчитанный на людей, не связанных с проектированием . Если Вы - начинающий проектировщик, советую все-таки пользоваться нормативной литературой для точного, а не приближенного, результата расчета.
в углу отверстие для лесницы в подвал размером 1,5х1,8.
уложено 2 слоя арматуры 10мм с ячейкой 15х15.
толщина перекрытия 2см бетон+1см арматура+8см бетон+1см арматура+2 бетон = 14см
вопрос? достаточно ли арматуры?
как усилить место отверстия для входа в подвал
С Новым годом!
У меня максимальный пролёт (по меньшей стороне) 4 м, тоесть если взять шаг балок 1 м и использовать двутавр или швеллер №12 (расчётная нагрузка 600 кг/м2), то этого вполне достаточно. Можно ли использовать такую схему, т.к. использование балок больше чем №16 без применения техники очень трудоёмко(в моём случае техника не подъедет)? И если можно то будет ещё вопрос по армированию, не совсем понял схему армирования она делается как сетка с расчётным шагом или только в одном направлении (перпендикулярн о балок)? Как крепится надопорная арматура, по схеме она располагается выше рабочей?
Ваше рассуждение насчет номеров двутавров и швеллеров я не поняла, простите.
Метровый шаг балок допустим, лишь бы все про расчету проходило.
Нижняя арматура (синим) - это сетка, перпендикулярно балкам в ней рабочая арматура (определяется расчетом), а параллельно балкам - конструктивная (в примере на рисунке это шестерка с шагом 400мм). Верхняя арматура кладется только над балками - перпендикулярно балкам. Она должна быть установлена так, чтобы защитный слой бетона от верха плиты до арматуры был 20мм. Параллельно балкам также устанавливается верхняя конструктивная арматура (в местах установки рабочей - в районе балок).
В итоге, по низу плиты получается сплошная сетка, а по верху плиты - сетки, уложенные полосами вдоль балок.
Крепится верхняя арматура при помощи фиксаторов - вариантов много, почитайте руководсто по конструированию железобетонных конструкций.
RSS лента комментариев этой записи