Расчет монолитного перекрытия по металлическим балкам

Обновлено: 07.01.2025

При расчете конструкций зданий и сооружений инженер выполняет построение расчетной модели из конечных элементов и, как правило, модель подходит только для одного расчетного случая. В заметке рассмотрим сложности при работе со стальной балочной клеткой, на которую опирается монолитная железобетонная плита.

Представим задачу: необходимо выполнить расчет несущей способности стальной балки, если известны конструкция балок (длина, шаг) и конструкция покрытия. По большинству рекомендаций инженер без труда вычислит грузовую площадь, составит расчетную схему в виде балки, приложит нагрузку и получит изгибающий момент, который и пойдет для проверки сечения.

Если необходимо учесть действие ветра на раму, то стоит собрать многоэтажную раму или все здание, приложить нагрузку ветра, получив при этом новые значения моментов. При креплении балок к колоннам с помощью жестких узлов отличие от значений одиночной балки будут существеннее. Итак, собрав схему, мы получим пространственную рамную конструкцию, загрузим ее также по грузовой площади, получим моменты и проверим сечение (рис. 2). Самое интересное начинается, когда в задании фигурирует неравномерная боковая нагрузка или, чаще всего, сейсмика.

Роль связевых элементов в здании со стальным каркасом нередко выполняют монолитные плиты перекрытия. Если не моделировать их, то получим изгибающий момент балок из плоскости, который непременно повлияет на проверку сечения (получится изгиб в двух плоскостях). Произвольная боковая нагрузка на схему и усилия от ее действия приведены на рис. 3. Изгибающие моменты в такой конструкции из плоскости кажутся не естественными, поскольку плита раскрепляет балку по всей длине, значит любые горизонтальные выгибы балки должны быть компенсированы жесткостью плиты. Пробуем смоделировать перекрытие по балкам с помощью традиционных пластинчатых элементов – КЭ тонкой оболочки. Присваиваем жесткость плите, анализируем результаты (см. рис. 4). В качестве инструмента по расчету конструкции подойдет практически любая программа, работающая на методе конечных элементов.

В итоге получаем следующие результаты расчета: изгибающий момент из плоскости балок стал равен нулю, но вместе с этим уменьшился и момент балки в плоскости! Это произошло по причине того, что плита теперь работает совместно с балками. О совместной работе сталежелезобетона в нашей стране долгое время существовали только рекомендации, не так давно появились нормы: СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные». В нормах говорится о работе плиты с учетом профлиста, дается понятие жесткой арматуры и, что важно для нашей задачи, как работает стальная балка с монолитной плитой. Также приводятся разные схемы работы конструкции, описываются разные особенности совместной работы. Так, в нормах сказано:

«4.4.4.8 Расчет поперечного сечения следует выполнять по стадиям, число которых определяется числом частей сечения, последовательно включаемых в работу. Для каждой части сечения действующие напряжения следует определять суммированием их по стадиям работы.»

В нашем случае изгибающий момент, согласно нормам, должен быть разделен также на стадии и складываться из:

Отсюда мы делаем вывод: рассматривать конструкцию с реальной жесткостью плиты не совсем правильно, поскольку момент в расчетной модели делится одновременно и на балку, и на плиту. В реальности же плита начинает работу только на второй стадии, причем я уверен, что не весь пролет будет работать совместно с балкой, а вероятно, только одна из частей. Алгоритмом работы с таким конструкциями может начинаться с вычисления момента в балке без работы плиты, а затем подбор сечения будет уточнен уже с учетом железобетонной конструкции.

Итак, приходим к выводу что ввод плиты в схему помогает устранить выгибы балок из плоскости, но вместе с этим уменьшает и изгибающий момент в плоскости конструкции. Получается, что здесь необходим такой пластинчатый конечный элемент, который бы в своей плоскости работал (растяжение-сжатие), а при изгибе «выключался». Такой элемент есть, он называется – пластинчатый КЭ плоского напряжения (балка-стенка). Также есть еще пластинчатый КЭ плоской деформации, но в данном случае он нам он не подходит, т.к. имеет продольное усилие, перпендикулярное плоскости пластине и применяется для толстых плит (соизмеримых с пролетом по толщине). Для нашей задачи мы используем элемент балка-стенка и получаем следующие результаты:

Изгибающие моменты в плоскости при использовании балки-стенки получились аналогичные схеме при полном отсутствии плит. Моменты из плоскости при боковой неравномерной нагрузке отсутствуют так же, как и в схеме с обычными пластинами. Нагрузка на балку-стенку не прикладывается, загружать необходимо балки!

Таким образом, использование балки-стенки дает возможность учесть работу перекрытия при выгибах балок. Это значит, что их жесткость будет учтена при всех боковых нагрузках на схему, в том числе динамических. Балка-стенка не позволит учесть требование норм по совместной работе железобетонного перекрытия и стальной балки. Вся нагрузка будет предаваться на балки, на учет жесткости плиты будет «идти в запас» несущей способности.

В описанном примере изображены скриншоты расчета в ПК ЛИРА 10.6, как очень удобного инструмента по созданию расчетных схем. ПК ЛИРА 10.6 – это одна из немногих программ, которая в демоверсии позволяет выполнить подобный расчет с проверкой сечений металлопроката и подбором армирования плит.

Вы можете скачать файл, где приведены расчеты данной задачи в ПК ЛИРА 10.6.

Монлитная железобетонная плита по металлическим балкам

Здравствуйте! Вопрос в следующем: меня интересует расчет монолитной железобетонной плиты по металлическим балкам. Плита устаивается по верху главных и второстепенных балок. Интересует расчет, который учитывает совместную работу балок и плиты. И конечно же по возможности узлы. Есть ли где литература по этому поводу, примеры расчета? Все перерыл. и здесь. и везде, но ничего подходящего не нашел. Скиньте ссылочки, пожалуйста.

вопрос в лоб - а нужно ли Вам обеспечивать совместную работу монолитной плиты и балок? думаете сильно выгадаете на обычном шаге второстепенных балок (1,5-3 м)? обычно это удел мостостроителей. ищите концы там.

работаю на рабочих

это реконструкция. так получается, что шаг главных балок 6м, а второстепенных 7,2м. не хочется терять высоту и расходовать материал.

спасибо. я СНиП смотрел.

Есть вот здесь литература по этому поводу
А вот здесь - расчет в Excel
(там ниже раздел расчеты)
По поводу эффективности и материалоёмкости - эффективно и более экономно.

если система так прелестна и легка (эффективна и экономна), то когда Вы (S_konstr) в последний раз применяли стад-болты и профлист с рифами?

там про разгружающее действие свободно лежащей ЖБ плиты на МК балочную клетку.
Forrest_Gump там участвовал, может прояснит .

Спокойствие! Не надо нервничать. Никто не собирается наезжать на "стад-болты" и уж тем более на "профлист с рифами". Вы, видимо, не читали вопрос автора темы, - его несколько другое интересует. Попробуйте задавать вопросы в соответствующих темах (ну или новые создайте).

А что Вас (S_konstr) так обидело в моем вопросе? Если технология интересная и выгодна. то ее с удовольствием будут применять. Вот только, что касаемо технологии Bamtec, что применение профлиста с рифами, что применение стад-болтов - не вижу широкого применения подобных систем. Отчего бы? Вот и спрашиваю, может Вы их применяете? Если нет, то зачем советовать к применению?
P.S. разгружающее действие свободно лежащей ЖБ плиты на МК балочную клетку - ну ежели плиты не разрезается балочной клеткой на независимые участки, то тогда плита выступает не только как передатчик нагрузки от перекрытия на балки, но и как несущий элемент, воспринимающий часть нагрузки.

Я не уверен что Вы не перепутали тему, хотя возможно Вы не читали вопрос автора темы и уж наверняка не ходили по приведённым ссылкам, а посему про "стад-болты" и "профлист с рифами" без комментариев, ибо оффтоп.

По поводу "разгружающего действия плиты". Посредством жестких и гибких упоров создается совместная работа проката и ж.б. плиты по типу элементов с жесткой арматурой. При этом нейтральная ось сечения проката смещается выше его геометрической оси, а эпюра сжимающих напряжений в плите принимает прямоугольный (как при расчете изгибаемых ж.б. элементов), трапецевидный или ломаный вид. Жесткость рассчитывается по приведённым (через альфа) к стали характеристикам.
В случае шага балок 7.2х6 м эффективность не очевидна, из-за того что получится достаточно "толстая" плита, т.к. в направлении перпендикулярном балкам она рассчитывается независимо.

to S_konstr - ну уж коли наезжаете (". возможно Вы не читали вопрос автора темы. "), то обосновывайте свои слова. автора темы интересует именно технологии, обеспечивающие совместность работы монолита и балок. объясните мне, такому бестолковому, как Вы обеспечите совместную работу монолитной плиты перекрытия и металлических балок, не применяя стад-болты? при чем плита опирается на балочную клетку сверху. ну и какой Ваш ответ?
to Johnny D - на Вашем месте я бы второстепенные балки опирал на нижний пояс главных балок,оставшийся зазор до верха главных балок как раз заполнил бы монолитом.

как Вы обеспечите совместную работу монолитной плиты перекрытия и металлических балок, не применяя стад-болты

я очень извиняюсь,но до стад-болтов ведь были упоры,коих много в советских рекомендациях..
если честно,применял как раз стад-болты,связывались с мостовиками,у них это отработано..думаю не зря..но лишь один раз.
упоры конечно многодельны..но вроде тоже возможны..если сильно надо..

to Vlamos - шпасибо за реакцию (ответ). ткните носом меня в ссылку/документ про упоры, если не сложно.

Offtop: to S_konstr - ну уж коли наезжаете (". возможно Вы не читали вопрос автора темы. "), то обосновывайте свои слова. автора темы интересует именно технологии, обеспечивающие совместность работы монолита и балок. объясните мне, такому бестолковому, как Вы обеспечите совместную работу монолитной плиты перекрытия и металлических балок, не применяя стад-болты? при чем плита опирается на балочную клетку сверху. ну и какой Ваш ответ?

Дело, видимо, в том, что усилиям не известны переживания по поводу как им передаваться, - посредством упоров (жестких или гибких) или "стад-болтов" и "профлистов с рифами". Усилия или передаются или нет. В том числе и при совместной работе плиты и балки.
Автора темы, на мой взгляд, заинтересовало как это возможно рассчитать и обеспечить.

Интересует расчет, который учитывает совместную работу балок и плиты

Поэтому (в ссылке, которую Вы принципиально не открываете) привёл часто используемое решение с упорами и его обоснование.
Если у Вас возникли сомнения по надежности данного решения то это действительно стоит обсудить.

Здравствуйте. Собираемся проектировать монолитное железобетонное перекрытие по металлическим балкам. Возник вопрос как обеспечить совместную работу балки с плитой. Есть два варианта обеспечения совместности работы.
1. Замонолитить верхний пояс балки (двутавр) в плиту на определённую глубину.
2. Приварить анкера к верхнему поясу балки и их замонолитить, плита в данном случае будет лежать на верхнем поясе.
Первый вопрос.
-Какие плюсы и минусы каждого из способов, посоветуйте.
Второй вопрос.
-На какую глубину вводить верхний пояс балки в плиту, какие конструктивные требования существуют для такого случая.
Третий вопрос.
-С каким шагом, на каких участках балки располагать, анкера для обеспечения совместности работы, как их считать (расчёт в перекрытии по профлисту смотрели, но может кто знает где можно посмотреть расчёт без профилированного листа)
Вопрос по расчёту самих балок и плиты на совместную работу не стоит.
Может быть кто то знает литературу в которой это отражено, или поделится своим опытом. Заранее благодарен.

Искать по слову сталежелезобетон. Для совместной работы обычными усами не обойтись, нужны специальные петли. Вопрос в том, а нужно ли ее обеспечивать?

Насколько мне позволяет судить мо скромный опыт..
нженерная общественность не особо любить считать совместную работу плиты и балки - уж очень муторно. Балку считают по стальному снипу нагруженной плитой, но учитывают ее раскрепление из плоскости посредством приваренной арматуры

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 м 2 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 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.

Монолитное перекрытие по профнастилу

При бетонировании перекрытий используются различные виды опалубок, но одной из наиболее распространенных в последние годы стала несъемная опалубка из профнастила. Не давая растекаться бетону в процессе твердения, опалубка из профнастила является еще и дополнительной внешней арматурой. Она частично компенсирует растягивающие усилия, которые действуют на нижнюю арматурную сетку. Это в значительной степени увеличивает прочность и несущую способность перекрытия.

Кроме того, монолитная плита с профлистом, имеющим современное защитно-декоративное покрытие, позволяет в ряде случаев обойтись без дорогостоящей отделки потолка.

Оглавление статьи (нажмите, чтобы открыть)

Расчет монолитного перекрытия по профлисту

Устройство монолитного перекрытия по профнастилу представляет собой опалубку из металлического профилированного листа с уложенным поверх нее арматурным каркасом из металлических стержней.

Опирается эта конструкция на продольные металлические балки. Так монолитное перекрытие по профлисту передает нагрузку, действующую на перекрытие, на опорные конструкции каркаса и фундамент здания.

Монолитное перекрытие по профнастилу - размеры специализированного листа c ребрами для лучшего закрепления бетона

Профиль опалубки из профнастила, сечение металлических стержней арматуры и толщина монолитного перекрытия определяются эксплуатационной нагрузкой и величиной пролета между опорными балками. Толщина плиты обычно определяется соотношением 1:30. То есть, если длина пролета равна 6,0 м, то слой бетона должен быть не меньше 200 мм.

При расчетах учитываются размеры будущего здания, расчетные нагрузки на перекрытия и вес самих строительных конструкций. Все это влияет на выбор сечения и профиля металлических балок и колонн каркаса, а также на характеристики фундаментов здания.

Монолитное перекрытие по профнастилу относится к особо ответственным строительным конструкциям, поэтому работы по монтажу таких конструкций выполняются только при наличии проектной документации на строительство. Проектная документация на монолитное перекрытие по профнастилу и расчет прочности металлических конструкции выполняются на основании СНиП II-23-81 «Стальные конструкции» и СНиП 2.03.01-84 «Железобетонные и бетонные конструкции».

Поскольку эти расчеты достаточно сложны и трудоемки, при разработке рабочей документации на строительство и расчете нагрузок проектировщики используют специальное программное обеспечение, в том числе систему автоматизированного проектирования САПр. В состав рабочей документации входят чертежи опалубки под монолитное перекрытие по профнастилу, чертежи армирования, все необходимые расчеты и спецификация материалов.

На этапе проектирования выполняется и технико-экономические расчеты. Они подтверждают насколько обосновано применять для данного конкретного сооружения монолитное перекрытие по профнастилу, цена которого несколько выше стоимости монолитных железобетонных конструкций с обычной разборной опалубкой.

Если вы уверены в своих силах и хотите самостоятельно произвести расчет монолитного перекрытия по профлисту, то советую использовать пособие 1987 года. Пусть Вас не смущает его возраст — за эти годы в строительстве мало что изменилось. На текущий момент— это самая подробная и точная из существующих инструкций по данной теме.

Однако Вы должны понимать, что неправильный расчет перекрытия — это не только дополнительные расходы, но и реальная опасность для жизни. Поэтому если Вы раньше не сталкивались с подобными расчетами, ради Вашей безопасности, настойчиво рекомендую обратиться к профессиональным проектировщикам.

Две возможные схемы расположения листов для монолитного перекрытия по профлисту, размером 9 на 12 метров

Наиболее целесообразно применение профнастила для перекрытий нестандартных размеров с большим количеством различных технологических проемов. В этих случаях велики затраты на изготовление индивидуальной щитовой опалубки и отсутствует возможность ее многократного использования.

Монолитное перекрытие по профнастилу — технология выполнения работ

После окончания установки металлических балок перекрытия, выполняется монтаж опалубки из профилированных листов. Они укладываются с нахлестом в одну-две волны и крепятся к верхним полкам опорных металлоконструкций. В местах нахлестов профнастил соединяют с помощью заклепок.

Затем приступают к укладке арматуры. Перед началом армирования необходимо выставить торцевую опалубку на проектную высоту плиты. Установку арматурных каркасов, сеток и отдельных стержней выполняют в соответствии с рабочими чертежами армирования.

При этом необходимо с помощью специальных пластиковых фиксаторов обеспечить необходимую толщину защитного слоя бетона. При больших площадях перекрытий после укладки арматуры устанавливают специальные направляющие, разделяющие перекрытие на несколько зон бетонирования.

На следующем этапе приступают к подаче бетонной смеси. Обычно для этих целей используют стационарные или передвижные бетононасосы. Состав применяемой бетонной смеси должен соответствовать СНиП 3.03.01-87. Обычно при бетонировании перекрытий используют следующее соотношение компонентов:

гранитный щебень фракции 5-10мм — 4/7 части;
песок речной мытый фракции 1 мм — 2/7 части;
портландцемент марки 400 — 1/7 часть.

Бетонная смесь подается на перекрытие с помощью шланга или бетоновода из стальных труб. Перед началом бетонирования поверхность опалубки очищается от загрязнений, промывается водой и высушивается. Бетонная смесь укладывается на всю высоту плиты перекрытия в шахматном порядке для равномерного распределения нагрузки на каркас. Укладываемая бетонная смесь уплотняется с помощью глубинного вибратора.

Уплотнение прекращается после завершения осадки бетонной смеси и появления на ее поверхности слоя цементного молока. Затем поверхность бетона выравнивается и укрывается мешковиной или брезентом, который периодически увлажняется. Уход за бетоном продолжается 7-14 дней до достижения им 60% прочности.

При условии выполнения всех перечисленных требований, вы можете самостоятельно выполнить монолитное перекрытие по профнастилу — технология несложна, хотя и необходимо специализированное оборудование. Однако покупать его не обязательно — можно взять в аренду, причем стоить это сравнительно недорого.

Полезная статья? Сохраните ее в соцсетях, чтобы не потерять ссылку!

Читайте также: