Шаг металлических балок перекрытия

Обновлено: 07.01.2025

Иногда люди сначала делают перекрытие по металлическим балкам, а потом начинают задумываться, какова несущая способность таких металлических балок или проще говоря, какую нагрузку такая балка выдержит?

Ответ на этот вопрос достаточно прост, так как основные параметры поперечного сечения уже известны во всяком случае их несложно определить по соответствующим таблицам. Вот только виды нагрузки и опорных связей могут быть разными, поэтому каждый случай нужно рассматривать отдельно. Начнем с самого распространенного:

Несущая способность однопролетной металлической балки при равномерно распределенной нагрузке и шарнирном закреплении на опорах

1. Например, мы в качестве балок ддя перекрытия помещения размерами 4 на 6 метров использовали 4 профильных трубы сечением 100х100 мм с толщиной стенки 5 мм. Тогда длина пролета балки составит l = 4 м, а шаг балок 6/5 = 1.2 м. Согласно сортаменту для квадратных профильных труб момент сопротивления такой металлической балки составит W_z = 54.19 см 3 .

2. Расчетное сопротивление стали следует уточнять у производителя, ну а если оно точно не известно, то можно принимать наименьшее из возможных, т.е. R = 2000 кг/см 2 .

3. Тогда максимальный изгибающий момент, который может выдержать такая балка:

M = W_zR = 54.19·2000 = 108380 кгсм или 1083.8 кгм.

4. При пролете 4 м максимальная распределенная нагрузка на погонный метр составляет:

q = 8M/l 2 = 8·1083.8/4 2 = 541.9 кг/м.

5. При шаге балок 1.2 м (расстоянии между осями балок) максимальная плоская равномерно распределенная нагрузка на квадратный метр составит:

q = 541.9/1.2 = 451.6 кг/м 2 (сюда входит и вес балок).

Вот и весь расчет.

Несущая способность однопролетной металлической балки при действии сосредоточенных нагрузок и шарнирном закреплении на опорах

Если на металлические балки перекрытия сверху уложены сначала лаги, а потом уже делается перекрытие по лагам, то на такие металлические балки будет действовать не одна равномерно распределенная нагрузка, а несколько сосредоточенных. Впрочем перевести сосредоточенные нагрузки в эквивалентную равномерно распределенную совсем не сложно - достаточно просто разделить значение равномерно распределенной нагрузки, которую мы уже определили, на коэффициент перехода.

Например, если мы по металлическим балкам уложили лаги через каждые 0.5 метра, то есть всего 4/0.5 +1 = 9 лаг - сосредоточенных нагрузок. При этом крайние лаги можно вообще в расчет не брать и тогда количество сосредоточенных сил будет = 7, а коэффициент перехода от сосредоточенных нагрузок к эквивалентной равномерно распределенной составит γ = 1.142.

Тогда максимальная равномерно распределенная нагрузка, которую может выдержать данная металлическая балка, составит:

q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м 2

Конечно же металлические балки могут быть и многопролетными или иметь жесткое закрепление на одной или двух опорах, т.е. быть статически неопределимыми. В таких случаях изменится только формула определения максимального изгибающего момента (см. расчетные схемы для статически неопределимых балок), но весь алгоритм расчета останется таким же.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Здравствуйте! Скажите пожалуйста почему происходит деление, а не умножение в решении: q = 451.6/1.142 = 395.4 кг/м2 то есть как я понимаю заданная балка 100х100х5 выдержит больший вес при равномерно распределенной нагрузке (от плит), нежили если несколько сосредоточенных сил привести к эквивалентной распределенной нагрузке. то есть как вариант в таком случае уменьшить шаг балок, уменьшить нагрузку или просто подобрать большее сечение?

Подробный ответ на ваш вопрос вы можете найти в статье "Приведение сосредоточенной нагрузки к эквивалентной равномерно распределенной". Но в целом вы все правильно понимаете. А какой вариант вы выберете - вам решать.

Спасибо за статью.очень помогла. В прошу ответить как просчитать Спарк ную балку 11,75м. Если на неё опирается 1900:2(операние на 2 стороны.?Украина. Сейчас перечислю. Вы держитесь. Ваши знания и статьи очень нужны. Я бы по говорила по тел. 0681239011. Может дистанционно будете просчитывать? Нап щите в смс. Почтой пользуясь редко. Вайбкр или фейсбук.

На вашу карточку невозможно переводить деньги. Не прошли.

И то верно, Наталия. Карточка уже год, как устарела. Исправил, спасибо за внимательность. А по поводу расчета балки я вам в ближайшее время скину СМС.

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

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.

Помощь в расчете

Нет желания и времени разбираться в калькуляторе и сборе нагрузок. И в то же время хочется быть уверенным на 100% в результате. Буду рад помочь.

Стоимость расчета балок и других строительных конструкций:

от 2 000 руб. - без предоставления подробного письменного отчета;
от 3 000 руб. - с отчетом.

А также, если проект не предполагается, но есть масса вопросов по выбору материалов, конструкциям и архитектуре. Обращайтесь, помогу.

Контакт для связи, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С уважением, Игорь.

Калькулятор

Инструкция к калькулятору

Исходные данные

Длина пролета (L) - расстояние между двумя внутренними гранями стен. Другими словами, пролет, который перекрывают рассчитываемые балки.

Шаг балок (Р) - шаг по центру балок, через который они укладываются.

Вид перекрытия - в случае, если на последнем этаже Вы жить не будете, и он не будет сильно захламляться милыми Вашему сердцу вещами, то выбирается "Чердачное", в остальных случаях - "Междуэтажное".

Длина стены (Х) - длина стены, на которую опираются балки.

Длина балки (А) - самый большой размер балки.

Вес 1 п.м. - данный параметр используется как бы во втором этапе (после того, как Вы уже подобрали нужную балку).

Расчетное сопротивление R_y - данный параметр зависит от марки стали. Например, если марка стали:

С235 - Ry = 230 МПа;
С255 - Ry = 250 МПа;
С345 - Ry = 335 МПа;

Но обычно в расчете используется Ry = 210 МПа для того, чтобы обезопасить себя от разного рода "форс-мажерных" ситуаций. Все-таки в России живем - привезут металлопрокат из стали не той марки и все.

Модуль упругости Е - этот параметр зависит от вида металла. Для самых распространенных его значение равно:

сталь - Е = 200 000 МПа;
алюминий - Е = 70 000 МПа.

Значения нормативной и расчетной нагрузок указываются после их сбора на перекрытие.

Цена за 1 т - стоимость 1 тонны металлопроката.

Результат

Расчет по прочности:

W_треб - требуемый момент сопротивления профиля. Находится по сортаменту (есть ГОСТах на профили). Направление (х-х, y-y) выбирается в зависимости от того, как будет лежать балка. Например, для швеллера и двутавра, если Вы хотите их поставить (т.е. больший размер направлен вверх - [ и Ι), нужно выбирать "x-x".

Расчет по прогибу:

J_треб - минимально допустимый момент инерции. Выбирается по тем же сортаментам и по тем же принципам, что и W_треб.

Количество балок - общее количество балок, которое получается при укладки их по стене X с шагом P.

Общая масса - вес всех балок длиной А.

Стоимость - затраты на покупку металлических балок перекрытия.

Что такое металлические балки перекрытия, как их рассчитать и смонтировать?

Перекрытия из металла являются конструкцией, используемой в качестве строительного материала при строительстве различных частных и промышленных объектов.

Перед покупкой материала необходимо произвести необходимые расчеты и убедиться, что для строительства объекта подойдут металлические элементы перекрытия.

Рассмотрим и разберемся с ними подробнее.

Что это такое и каких размеров бывают?

Балка является одним из основных элементов любой конструкции, ее функции – повысить устойчивость конструкции и укрепить ее. Балка (или ригель) состоит из полок и стенок различного размера, соединенных стыковыми швами с использованием сварки. Изготавливаются элементы на оборудованных предприятиях с использованием специальных станков.

Процедура изготовления осуществляется в несколько этапов, после чего готовое изделие проверяется на соответствие ГОСТам.

Металлические конструкции различаются по размерам, для удобства они имеют номера, с помощью которых можно подобрать необходимый материал для строительства.

«10» — небольшое по размерам изделие, применяется в качестве перекрытия для укрепления подвижных элементов в строительстве. Возможно использовать как направляющую для небольших подъемников.
«12» — немного больший размер конструкции, выдерживающий большую нагрузку. Применяют за основу рам, используется в механизмах.
«14» — изделия данного размера могут использоваться в промышленном производстве для устройства в ж/б конструкции.
«16» — прочная конструкция, выполняющая роль полноценной опоры, может применяться для передвижения транспорта по цеху.
«18» — надежный опорный элемент, применяется при возведении зданий, обеспечит устойчивость большой площади.
«20» — большой элемент, который может служить основой для колонны или рамы. Часто используется в машиностроении.
«25» — изделие может служить опорой для больших кранов и крупногабаритных подъемных механизмов.
«30» — самая большая конструкция, не используемая в жилом строительстве. Является основой для подъемных механизмов.

Сфера применения

Металлические балки для перекрытий нашли свое применение в различных областях. Могут использоваться для:

Укрепления кровли в жилом и промышленном строительстве.
Создания межэтажных перекрытий.
Устройства опор и различных колонн в промышленных сооружениях и архитектурных зданиях.
Монтажа ангарных каркасов.
Шахтовых стволов.
Создания разнообразных железнодорожных вагонов.
Строительства мостов, эстакад.
Возведения металлических ферм.

На заметку: балки перекрытий из металла также можно использовать при строительстве малоэтажных частных домов.

Разновидности

Металлические конструкции отличаются по многим признакам. Это рекомендуется учитывать при выборе изделия.

По назначению

С помощью металлических балок можно создать качественное прочное перекрытие, выбрав один из вариантов.

Монолитное. В опалубку заливается бетон, производится усиление решеткой из арматуры. Поверхность получается бесшовной, отличается высокой прочностью.
Монолитно-сборное. В этом случае помимо металлических балок используются бетонные блоки, которые укладываются на стальной профиль. Участки стыков заливаются бетоном.
Составное. Используется комбинация материалов, то есть на несущие металлические изделия укладываются плиты, доски, панели. Этот вариант предполагает создание дополнительного утепления и звукоизоляции поверхности.

По материалу: стальные и алюминиевые

Металлические конструкции могут изготовляться из разных материалов. Самыми популярными являются стальные и алюминиевые балки для перекрытий.

Основными недостатками являются: высокая стоимость, низкие показатели тепло и звукоизоляции, риск образования коррозии. Монтаж стальных конструкций невозможно осуществлять без привлечения специальной техники.

По конструкции

В современном строительстве применяют несколько разновидностей металлических балок, различных по конструкции.

Тавровые. Основное сечение представляет собой стенку и полку в виде буквы «Т».
Двутавровые. Сечение металлопроката выглядит как буква «Н». Изделие отличается большей жесткостью, чем тавровое, за счет того, что с противоположной стороны имеет дополнительную полку.

Двутавровые элементы подразделяются на несколько видов, каждый из которых имеет маркировку:

Б – стандартные двутавры.
Ш – изделие с широкими полями.
У – узкополочные конструкции.
Д – среднеполочные изделия.
К – колонные балки. Ширина полки такого элемента может равняться высоте изделия.

Требования

Все требования, предъявляемые к балкам из металла, четко обозначены в ГОСТах и СНиПах. Основными требованиями являются:

Прочность. В зависимости от типа материала, используемого при изготовлении изделия, показатели прочности могут отличаться, но они должны соответствовать значениям, указанным в нормативных документах.
Период эксплуатации. Металлические конструкции, согласно ГОСТ, должны прослужить минимум 80 лет.
Устойчивость к коррозии. Готовые элементы должны быть дополнительно обработаны составами, предотвращающими образование коррозии.

Характеристики

Балки перекрытий, в зависимости от технологии производства, имеют различные характеристики.

Двутавры с наклонными полками. Угол уклона 6-12 градусов. Основные параметры:
- длина – 10-60 см;
- ширина – 5,5-19 см;
- толщина полки – 7,2 мм-1,8 см;
- толщина стенки – 4,5мм-1,2 см.
Двутавры с параллельными гранями (ГОСТ 26020, СТО АСЧМ 20-93) имеют иные характеристики:
- длина — Б-1 – 100 Б-4;
- толщина полок – 5,7 мм-3,3 см;
- ширина профиля – 55 мм-32 см;
- толщина стенки – 4,1 мм-1,95 см.
Широкополочные металлические конструкции имеют следующие характеристики:
- длина — 20Ш1- 70Ш5;
- ширина профиля – 15-32 см;
- толщина стенки – 6,0 мм- 2,3 см;
- толщина полок – от 9 мм -3,65 см.
Колонные балки имеют следующие показатели:
- длина – 20 К1-40 К5;
- ширина профиля – от 20 до 40 см;
- толщина стенки – от 6,5 до 2,3 см;
- толщина полок – 1-3,55 см.

Расчет

При планировании устройства потолка или пола с помощью металлических балок, рекомендуется грамотно выполнить необходимые расчеты.

Какие показатели учитывать?

При проведении расчетов учитывается одновременно целый ряд факторов:

площадь строящейся поверхности;
общий вес;
расстояние между металлическими балками;
максимально возможную нагрузку;
ширину пролета.

Чем больше ширина пролета, тем высота металлических изделий должна быть больше.

Формулы

Расчет производится по прочности и жесткости изделия. Вычислив значения в таблицах ГОСТа можно найти необходимый номер проката.

Линейная нагрузка рассчитывается по формуле q = Q * p и используется в последующих расчетах.

q – величина линейной нагрузки;
p – шаг укладки балок;
L – длина перекрываемого пролета.

Максимальный момент сопротивления сечения балки (Wy) находится делением изгибающего момента на расчетное сопротивление материала.

q – линейная нагрузка на балку;
L – длина пролета;
E – модуль упругости материала
Jy – минимальный момент инерции.

Особенности процесса монтажа

Процедура устройства перекрытий с использованием металлических балок имеет определенные особенности, которые необходимо знать и четко соблюдать.

Обязательно наличие четкой схемы постройки с произведенными расчетами на прочность и изгиб изделий.
К боковым граням балок крепятся бруски сечением 60х60, после чего размещается накат из досок.
Накат накрывается слоем утеплителя, выполняющего функции звуко и теплоизоляции.
Шаг между стальными балками не должен превышать 150 см, оптимальное расстояние – 100 см.
Глубина опирания концов металлических конструкций на стены – максимум 25 см.
Чтобы добиться большей звукоизоляции можно использовать не обычные, а пружинные скобы.

Плюсы и минусы применения в зданиях

Конструкции из металла обладают рядом преимуществ, благодаря которым материал широко используется:

повышенной прочностью;
огнестойкостью;
устойчивостью к внешним факторам;
повышенной надежностью;
большим периодом эксплуатации;
возможностью усилить уже построенное здание;
увеличенной несущей способностью.

Однако такие балки имеют и свои недостатки, которые также следует учитывать:

сложность проведения строительных работ;
необходимость задействовать тяжелую технику;
металл может подвергаться коррозии;
требуется производить сложные подсчеты, с чем у новичка могут возникнуть серьезные сложности.

Цены на все виды

В строительстве чаще всего используются двутавровые металлические балки. Средняя стоимость продукции представлена в таблице.

Наименование балки	Длина	Стоимость
двутавровая № 10	12 м	880
двутавровая № 10 Б-1	12 м	780
двутавровая № 12	12 м	900
двутавровая № 12 Б-1	12 м	660
двутавровая № 14	12 м	1050
двутавровая № 14 Б-1	12 м	740
двутавровая № 16	12 м	1300
двутавровая № 16 Б-1	12 м	980
двутавровая № 18	12 м	1280
двутавровая № 18 Б-1	12 м	1150
двутавровая № 20	12 м	1560
двутавровая № 25 Б-1	12 м	2150
двутавровая № 25 Ш-1	12 м	3500
двутавровая № 30	12 м	2600
двутавровая № 35	12 м	3300
двутавровая № 40	12 м	3500
двутавровая № 45 Б-1	12 м	5200

Заключение

Использование металлических балок перекрытия рационально и оправдано в области машиностроения и промышленности. В жилищном строительстве применять эти изделия невыгодно и затратно. Если все-таки решили купить металлические конструкции, то лучше выбирать алюминиевые, так как они больше всех подходят для малоэтажного строительства. Очень важно произвести правильные расчеты.

Подробный алгоритм расчета балок перекрытия

Конструктивный раздел рабочего проекта жилого или общественного здания является важной частью комплекта технической документации.

Инженер разрабатывает комплекс решений, выполнение которых гарантирует безопасную эксплуатацию объекта.

Перед разработкой чертежей несущих элементов здания требуется провести общий и локальный расчёт каждого из них с подбором оптимальных сечений.

Проектировщики уделяют повышенное внимание конструктивным решениям перекрытий, и, при необходимости, добавляет в конструкцию балки, повышающие прочность и компенсирующие прогибы конструкции.

О расчете балок перекрытия поговорим в статье.

Для чего требуется?

Балки перекрытия – это горизонтальные линейные несущие элементы здания, расположенные в пролёте между вертикальными конструкциями. Работают на изгиб под действием постоянных и временных нагрузок.

Расчёт балок перекрытия является неотъемлемым этапом разработки раздела проекта «Конструктивные решения», и он выполняется по следующим причинам:

Подбор оптимального поперечного сечения элемента, воспринимающего внутренние усилия, которые образуются под действием внешних сил.
Определение шага балок и их количества, исходя из условий предельного равновесия перекрытия и объёмно-планировочных ограничений помещения.
В случае конструирования железобетонного перекрытия – определение минимального процента армирования в зонах повышенных напряжений, в соответствии со значениями эпюр момента и поперечной силы.
Назначение минимального запаса прочности и устойчивости в случае непредвиденного увеличения эксплуатационных нагрузок.

При корректном расчёте балочных конструкций, по завершении монтажных работ и приложения всех расчётных нагрузок, перекрытие не разрушается, а его деформации остаются в пределах нормативных значений.

Исходные данные

Расчёт балок проводится в два этапа – определение внутренних усилий в стержневом элементе и подбор сечений конструкции для последующего конструирования. Для выполнения первой части расчёта потребуются следующие исходные данные:

длина пролёта, вдоль которого располагается стержневой элемент;
характер опирания балки на вертикальную конструкцию – шарнирное, либо жёсткое защемление;
вес вышележащих конструкций перекрытия и полов – постоянные нагрузки;
временная нагрузка, равномерно распределённая по площади, принимаемая по СНиП, исходя из эксплуатационных характеристик помещения;
штамповые нагрузки, при наличии технологических особенностей при эксплуатации.

Когда усилия известны, инженер начинает подбор ширины и высоты, а, при необходимости, конструирование элемента. Для этого также потребуются некоторые данные:

материал стержневого элемента – как правило, железобетон, металлический профиль или деревянный брус;
архитектурные ограничения, например, предельная высота балки;
жёсткость материала – класс железобетона, марка стали, порода дерева и т. д.;
дополнительные ограничения, связанные с особенностями эксплуатации здания – наличие инженерных коммуникаций под потолком.

Подбор сечения сводится к назначению его габаритов в произвольном порядке с последующей проверкой условий прочности и устойчивости.

Как рассчитать?

Все балки перекрытий, вне зависимости от их количества, материала, высоты и условий работы, рассчитываются в строгом соответствии с определённым алгоритмом.

Сбор нагрузок

Большинство нагрузок, прикладываемых к перекрытию, являются равномерно распределёнными по площади, и их необходимо привести к линейным значениям. Чтобы собрать все нагрузки на балку, необходимо выполнить следующие шаги:

Определить величину промежуточного пролёта между стержнями.
Выделить в перекрытии расчётную полосу. Ширина этого гипотетического элемента составляет ½ пролёта между стержневыми элементами, отложенную в каждую сторону от центральной оси рассматриваемой балки.
Вычислить массу расчётной полосы перекрытия, путём умножения её объёма на плотность материала.
Таким же образом определить загружение от веса полов.
Привести временную эксплуатационную нагрузку из распределённой по площади на стержневой элемент.
Добавить особые штамповые, либо точечные загружения при наличии специальных условий эксплуатации.
Если речь идёт о плите покрытия, то в качестве временной нагрузки принимается нормативный вес снегового покрова для конкретного региона страны. Например, в Москве этот показатель составляет 180 кг/м2.

Пример: если стержни уложены в пролёте 6 м, а расстояние между ними составляет 2 м, перекрытие – монолитная железобетонная плита толщиной 180 мм, вес полов 150 кг/м2, а временная нагрузка в жилом здании – 100 кг/м2, на стержневой элемент собираются следующие загружения:

масса участка плиты: 6 м х 2 м х 0,18 м х 2500 кг/м3 (r – плотность железобетона) = 5400 кг;
масса полов: 150 кг/м2 х 6 м х 2 м = 1800 кг;
временная нагрузка: 100 кг/м2 х 6 м х 2 м = 1200 кг;
суммарная нагрузка на деталь составит: 5400 кг + 1800 кг + 1200 кг = 8400 кг;
учитывая, что стержневой элемент имеет длину 6 м, то прикладываемая равномерно распределённая нагрузка q = 8400 кг / 6 м = 1400 кг/м, или 14 кН/м.

В зависимости от условий работы, назначается повышающий коэффициент, принимаемый по СНиП – от 1,05 до 1,2.

Определение внутренних усилий

Когда известны все нагрузки, длина и характер защемления, проектировщик определяет внутренние усилия в стержневом элементе:

Изгибающий момент, являющийся основной характеристикой изгибаемого элемента, определяется по формуле M = ql2 / 8, при стандартном опирании детали на вертикальные опоры. l – длина пролёта. Таким образом, M = 14 кН/м * 62 / 8 = 63 кН*м. Максимальное значение момента оказывается в центре полёта.
Поперечное усилие Q, называется также перерезывающей силой, которая имеет предельную величину около опор. Q = ql / 2 = 14 кН/м * 6 / 2 = 42 кН.

Исходя из полученных значений, инженер строит 2 эпюры с графическим отображением данных усилий.

Подбор высоты и ширины

Определив значения внутренних усилий и владея информацией о материале конструкции, инженер начинает подбор поперечного сечения.

Исходя из объёмно-планировочных показателей и опыта в проектировании, инженер самостоятельно назначает предварительное сечение, например, h = 45 cм, b = 20 cм, где h – высота, b – ширина.

Высота железобетонной балки складывается из двух величин: h = h0 + a, где h0 – рабочая высота от центра растянутой арматуры в нижней зоне до верхней кромки, а – величина защитного слоя бетона от грани арматуры до низа элемента + 1/2 диаметра рабочего стержня. Принимая a = 5 см, можно определить h0 = 45 см – 5 см = 40 см.

Далее проверяются условия равновесия по двум формулам: Rs As = Rbbx и M = Rbbx (h0 – x/2), где Rs и Rb – расчётные сопротивления арматуры и бетона, соответственно, зависящие от классов материалов, х – высота сжатой зоны бетона. Чаще всего, в конструкцию закладывают арматурную сталь А500s, а бетон для перекрытий принимается класса В25. Таким образом, в соответствии со СНиП, Rs = 43,5 кН/см2, а Rb = 1,45 кН/см2.

Высота сжатой зоны составляет х = Rs Аs / gb1 Rbb, где As – площадь рабочей арматуры, gb1 – коэффициент условий работы бетона, принимаемый в стандартных конструкциях 0,9.

Площадь рабочей арматуры Аs = gb1Rbbeh0/Rs, где e – относительная высота сжатой зоны бетона, определяемая по формуле e = (1 – (1 – 2am)1/2), а безразмерная величина am = M / (gb1 Rbbh02) = 6300 кНсм / (0,9 * 1,45 * 20 * 1600) = 0,15. e = (1 – (1 – 2 * 0,15) 1/2) = 1 – 0,837 = 0,163. Таким образом, в конкретно взятом примере, Аs = 0,9 * 1,45 * 20 * 0,163 * 40 /43,5 = 3,91 см2.

По факту принимается арматура большего сечения, чем показал расчёт. 2d16 имеют площадь 4,02 см2. Высота сжатой зоны, исходя из 1 условия предельного равновесия, составит х = 43,5 * 4,02 / (0,9 * 1,45 * 20) = 6,7 см.

Предельно допустимый момент, который может воспринять сечение, выводится из 2 условия предельного равновесия и составляет M = gb1 Rbbx(h0 – x/2) = 0,9 * 1,45 * 20 * 6,7 * (40 – 6,7/2) = 6409 кНсм < M = 6300 кНсм. В данном примере условие прочности полностью выполняется.

Если прочность и устойчивость конструкции не обеспечивается, проектировщик должен вернуться к началу алгоритма и назначить другие габариты сечения, а затем провести проверку ещё раз.

Подбор шага

Если высота и ширина подобраны верно, необходимо определить количество элементов в перекрытии, которое зависит от следующих критериев:

При корректно подобранном шаге, удовлетворяющим условиям равновесия, эксплуатации перекрытия обеспечит полную безопасность людей, пребывающих в здании.

Определение предельного прогиба

Помимо прочности, балочная система должна отвечать условиям предельных деформаций. Если линейный элемент имеет вертикальные перемещения под действием суммарной нагрузки, не превышающие нормативных значений, то сечение подобрано верно.

Алгоритм выглядит следующим образом:

Определяется фактический прогиб конструкции по формуле f = 5/384 * qnl4/EI, где qn – суммарная нагрузка, l – величина пролёта, Е – модуль упругости материала, принимаемый по таблице СНиП (для бетона класса В25 он составляет 30000 кгс/см2), I – момент инерции сечения.
I – это переменная величина, которая зависит от формы сечения. В случае, с прямоугольником I = bh3/12, а в конкретном примере I = 20 * 91125 / 12 = 151875 см4.
Реальный прогиб составит f = 5/384 * 6300 * 6004 / 30000 * 151875 = 2,3 см.
Полученное значение сравнивается с предельно допустимой нормативной величиной, которая для стандартных стержней в жилых и общественных зданиях составляет 1/250l, а в случае пролёта 6 м = 600 см, 1/1250 *600 = 2,4 см. То есть, конструкция удовлетворяет условиям предельных деформаций.

В случае, когда данное условие не выполняется, проектировщику необходимо принимать другой класс бетона, уменьшать шаг или изменять габариты сечения.

Классические ошибки

Инженеры, не имеющие должного опыта, часто допускают некоторые ошибки при расчёте балок, а именно:

Слишком малое сечение, даже если оно и проходит по условиям прочности, может прогнуться больше нормативных значений, из-за чего перекрытие перестанет удовлетворять эксплуатационным требованиям.
Наоборот, слишком большое сечение приведёт к перерасходу материалов и повышенным затратам при строительстве.
Неверно выбранное защемление балки повлияет на результат расчёта.
При расчёте необходимо приводить все единицы к единому модулю, а, в противном случае, результат окажется далёким от истины.

Чтобы не совершать типичные ошибки, следует выполнять расчёт в соответствии с алгоритмом и фиксировать все промежуточные результаты. После выполнения расчёта следует несколько раз проверить результат. Если возникают сомнения, лучше сравнить подобранное сечение балки с аналогичными примерами.

Расчёт балок перекрытия – кропотливый процесс, требующий повышенного внимания, знаний формул и алгоритма. Перед началом выполнения чертежа нужно определить 4 главных параметра – нагрузки на балку, оптимальное сечение элемента, шаг стержней в перекрытии и фактический прогиб конструкции.

Особенности деревянных и металлических двутавровых балок для перекрытий

Двутавровые балки применяются для создания перекрытий между этажами, лестницами, на чердаках, балконах и мансардах.

Их отличие от обычных профильных балок состоит в том, что они имеют более легкий вес и своеобразную форму, за счет чего быстрее происходит их монтаж.

Двутавровые балки перекрытий бывают деревянными и металлическими, но они встречаются также и в виде ЖБИ.

Каковы основные особенности двутавров, из чего состоит их конструкция, какие нормативные требования к изделиям предъявляются, нюансы монтажа и средняя рыночная стоимость в РФ, предлагаем узнать из представленной статьи.

Особенности двутавров

Главной особенностью изделий данного типа является то, что они сделаны в виде горизонтального бруса, который при схематическом изображении толщины (сечения), в разрезе напоминает буку Т на подложке, или, если повернуть балку в другую сторону – толстую букву Н. Также внешний вид некоторые специалисты считают отдаленно похожим на рельсы.

Форма изделий в виде буквы Н сделана для удобства монтажа различных типов конструкций, в которых двутавровым балкам отводится важная укрепляющая и несущая роль. Но особое значение они имеют в качестве одного из элементов основы перекрытий любого возводимого строения.

Стандартный размер двутавра имеет вид: 14,0 х 73 х 7,5 (см), но встречаются и другие его разновидности. Каждое изделие имеет в наличии собственную маркировку, в виде буквенно-цифровых обозначений.

Двутавры обладают хорошим и качественными характеристиками, важными из которых являются прочность, устойчивость и возможность выдержки несущих конструкций.

В строительстве балки устойчивы к высоким нагрузкам и внешним проявлениям атмосферных перепадов. Также они не реагируют на механические воздействия, имеют высокие показатели плотности к сжатию, идеально адгезируются с различными типами веществ. Перечисленные особенности позволяют использовать изделия при постройке конструкционных элементов каркасных зданий и сооружений.

Двутавровые балки широко используются не только в строительстве частных домов, но и при возведении промышленных построек. Изделия незаменимы в работе с ЖБ-плитами, лестницами, пролетами, кровлей.

Двутавры имеют легкий вес, что удобно при транспортировке и монтаже. Для крепления материалов используют уголки, анкеры, заклепки, болты, сварку, металлические крючки, лаги.

Самые распространенные двутавры – металлические и деревянные. ЖБИ выполняют на заказ для панельных домов из монолита и железобетона. Первый тип производят из хороших профилей (качественных марок стали), их делят на:

Горячекатанные балки получают в заводских изделиях путем выплавки при высокой температуре (прокатка стана), из углеродистой и прокатной стали, а также алюминиевых сплавов. Сварные формируют в цехах специальной техникой сварки, которая придает изделиям характерную форму, не подверженную скручиванию.

отсутствие швов (монолитность):
большой выбор типоразмеров;
наличие в продаже (есть на рынке всегда).

Деревянные вырезаются на фабричных станках с помощью плотницких приспособлений. Они бывают как цельные, так и сформированные из трех частей.

Железобетонные двутавры готовят в специальных формах, путем заливки по армированным прутьям состава бетона высокой марки (М300, 400, 500).

Каждый из представленных двутавров, в зависимости от вида, подходит для возведения гражданских и промышленных объектов, поэтому имеет соответствующие технические характеристики, к которым относят прочность, плотность, устойчивость к температурным и механическим воздействиям, воде и огню.

Так, например, изделия из дерева пропитывают специальными составами, которые препятствуют возгоранию, и могут долго не воспламеняться, если в здании начался пожар.

Самая популярная в строительстве двутавровая многоразовая балка из хвойных пород деревьев – БДК-1. Она имеет сечение 40 х 80 (мм), и следующие стандартные размеры:

1 500-4 500 (мм) – длина;
80 (мм) – ширина;
200 (мм) – высота.

При этом врезка зубьев в древесину или плотную фанеру составляет 13 (мм). При этом древесные двутавровые балки крепятся не только на крепежные элементы, но и на клей самой высокой плотности (D4000), например, «KESTOKOL».

Недостатками металлических двутавров считают увеличение веса конструкции и нагрузка на фундамент, у сварных – трудоемкость процесса.

Также по классификации, помимо стандартных (Б), различают двутавры широкополочные (Ш), колонные (К), монорельсные (М), специальные (С), узкополочные (У), дополнительные (Д), которые широко применяются в народном хозяйстве для возведения построек различного характера и сложности.

Основные требования к изделиям

Важные технические требования для двутавров обозначены в технических нормативах, к которым относят:

Перечисленные технические нормативы в начальных разделах всегда предлагают отсылки к другим ГОСТам, СНиПам и СТО. Они касаются используемого материала, расчетов, распределения по размерам, условий хранения и других важных нюансов. Но общим для всех требований является то, что они должны быть:

крепкими и прочными;
маркированными, в зависимости от типа;
устойчивыми после монтажа;
хорошо адгезироваться с различными веществами и элементами крепежа, используемыми для строительных и отделочных работ;
правильно распределять нагрузку, с учетом воздействия на фундаментную основу;
быть пожароустойчивыми, сейсмостойкими, водостойкими и морозоустойчивыми;
использоваться одновременно с пароизоляцией и гидроизоляцией;
иметь различные типоразмеры;
изготавливаться из качественных материалов, произведенных в заводских условиях;
обладать долговечностью при эксплуатации.

Требования могут дополняться и изменяться, так как строительные технологии с каждым годом развиваются и расширяются. Готовые изделия всегда можно приобрести в специализированных магазинах, на сайтах производителей или у их прямых партнеров.

Длина двутавровой балки может достигать 12-15 (м). Если для строительства промышленного объекта нужны двутавры большей длины, предприятие делает для заказчика индивидуальный заказ.

Технические характеристики и размеры

Данные качества касаются таких понятий, как прочность, габариты и вес изделий, требования к которым указаны в нормативных документах – ГОСТах и СНиПах (перечислены в разделе выше). Двутавровые балки по своим техническим характеристикам должны обладать следующими качествами:

Обеспечивать достаточную прочность, устойчивость и жесткость всей конструкции.
Надежно фиксировать отдельные элементы каркаса.
Снижать нагрузку и равномерно распределять ее по отношению к фундаментному основанию.
Быть морозоустойчивыми и пожаробезопасными.
Соответствовать маркировке (Н, Ш, М, К, С, А, В, Б) и распределению длины: мерная, немерная, кратная.
Кривизна двутавровой балки не может составлять более 2% длины.
Прогиб стенки, обозначаемый в расчетах, как f, не может быть более 0, 15 (S).

Таблицу технической характеристики для двутавровой балки можно представить таким образом, как на фото ниже:

На фото указаны длина, ширина, количество изделий в 1 т, сечение, заводской присвоенный номер. По маркировке балки определяется не только высота изделия, но и его работоспособность, а также последовательность расчетов.

Принцип расчета

Проведение расчетов двутавров основано на том, что низ его работает на растяжение, а верхняя – на сжатие. При этом стенки принимают поперечные силовые нагрузки.

Из дерева

Характеристики и показатели деревянных двутавров указаны в приложениях нормативов ГОСТов, и имеют вид таблиц, как на рисунке ниже:

Используя данные таблицы, характеризующие древесину, при расчетах используются следующие величины:

общая высота;
толщина;
модули – растяжения, изгиба, сжатия и упругости;
глубина паза;
длина самого пролета;
шаг балок;
показатель нормативной нагрузки;
процентные условия эксплуатации изделия, зависящие от влажности и других атмосферных величин.

Используются также многочисленные коэффициенты, которые используются профессиональными инженерами. Для двутавров используют такие формулы, как:

Хk – норма прочности;
kmod – коэффициент нагрузки и содержания влаги;
γm – коэффициент, характеризующий материал.

Ed – показатель жесткости;
Emean – средний модуль упругости.

Используемый частный коэффициент (γm), согласно нормативам, чаще всего равен показателю 1,2. Поскольку двутавры различаются друг от друга по показателям качества древесины, то и расчет у них неодинаковый. Большое значение уделяется дополнительным коэффициентам и показателям, например, гибкости элемента двутавра λ, который вычисляется по формуле:

Lc – длина поверхности между сечениями, если происходит сжатие;
b – показатель ширины балки.

Пример:

Рассчитать гибкость полки, если двутавры имеют шаг 1,25 (м). Указано, что у них не между собой промежуточных распорок, за исключением концов.

Согласно условию задачи, длина поверхности между сечениями при сжатии Lc = L = 4 (м). Исходя из общей формулы, определяем коэффициент гибкости полки:

λ = 3.464 * 4 / 0.075 = 185

Ответ: коэффициент равен 185.

Металлических

Для металлических двутавров чаще всего рассчитывают прогиб, а также изгиб, которые применяются для балочных типов, номеров 1-6. Здесь можно воспользоваться удобным калькулятором расчета, при отсутствии времени, по типам двутавров, можно при помощи онлайн-калькуляторов. Так, например, в этом может помочь сайт.

При расчетах металлических двутавров всегда используют показатели:

A и B – расстояния от основной опоры до точки нагрузки;
L – длина пролета (по минимуму);
Fmax – балочный прогиб по максимуму, согласно технической таблице внизу:

В расчетах со стальными двутаврами также используют величины: количество (К), Ry – показатель сопротивления, Fбалки – прогиб и запас (З), сечение (М). Для удобства проведения математических расчетов часто используют онлайн-калькуляторы, один из которых здесь. Данный калькулятор проводит расчеты в отношении консольных и опорных балок, где используется также q – масса изделия в кг/м.

Необходимо вычислить прогиб для балок – максимальный момент сопротивления сечения Му, если L = 4,5 (м) уложена параллельно короткой стены, q = 6, количество балок равно 8.

Согласно формуле, учету веса по таблице СНиПа:

My = (q х L2) /8 = 6 х 4502/8 = 151875 (кгс/см2).

Ответ: 151875 (кгс х см).

Пример 2, который можно соединить с показателем первого примера.

Максимальный момент сопротивления балки Wy, при указанном условием расчетном сопротивлении стали (2150 кгс/см2) рассчитать легко, на основании деления изгибающего момента на показатель сопротивление стали. В соответствии с формулой, это будет выглядеть так:

Wy = 151875 / 2150 = 70,6 (см3).

Ответ: 70,6 (см3) – максимальное сопротивление двутавра данного типа.

Величины, использующиеся в различных расчетах двутавровых балок, имеют следующий вид:

Использовать для работы можно этот калькулятор.

При выборе габаритов двутавра учитываются тип и характеристики возводимого объекта, а также нагрузки на конструкцию здания.

Процесс монтажа своими руками

Этапы монтажа двутавровых балок из дерева по техническим нормам включают в себя следующие шаги:

На цементную стяжку несущих стен или деревянные прокладки, укладывают доски, которые с помощью анкеров крепят к заранее установленным конструкциям (ограждениям).
На них укладывают балки, имеющие шаг 50-60 (см), или другой, согласно проекту, но не менее представленных величин.
Балки прикрепляют к доскам с помощью гвоздей и саморезов, концы их обязательно оборачивают гидроизолятором.
Поперечные связи между изделиями формируют за счет распиливания балки на отрезки.
Низ подшивают OSB листами или плотной фанерой.

Все остальные работы с обустройством слоев проводятся по принятому плану работ. Иногда, в домах из оцилиндрованных бревен балки могут устанавливаться с помощью врезки или врубки. Для этого в стенах формируются проемы заданной глубины и толщины. Укрепляются балки профилированными изделиями, пластинами, анкерными соединениями.

Металлические двутавры устанавливаются чаще в монолитных, кирпичных и панельных домах прямо по армированному поясу, с учетом размеров шагов:

Шов пояса могут приваривать и укреплять крупными болтами по сделанным отверстиям.
Все проходы и отверстия зажимаются хомутами и надежно привариваются к армировке конструкционной стены.
Низ подшивается материалом, который задуман по проекту, или формируется опалубка, и делается черновой пол из монолита.

ЖБ-балки крепятся по типу металлических. Они имеют монтажные петли, с помощью которых их удобно укладывать, а затем их приваривать к армированным прутьям армопояса. Затем занимаются обустройством перекрытия, и формированием слоев пирога чердака.

В процессе работы необходимо строго соблюдать технику безопасности и последовательность действий монтажа. От качества уложенных балок, учета строительных нюансов (маркировки, состава, крепежа) зависит качество формирования черновой поверхности чердачного, межэтажного или лестничного перекрытия.

Плюсы и минусы использования

Многочисленные отзывы на социальных площадках в отношении двутавров позволяют узнать от специалистов и пользователей следующие преимущества любого типа двутавровых балок:

Выдерживание нагрузок и распределение их, без влияния на фундаментную основу.
Прочность, жесткость и долговечность.
Удобство транспортировки.
Несложный монтаж.
Большой выбор изделий, возможность индивидуальных заказов у производителей.
Нулевой крутящий момент.
Устойчивость к механическим, сейсмическим и атмосферным воздействиям.
Монолитность и устойчивость швов у стальных изделий.
Доступность в цене.
Высокая несущая способность.
Отсутствие растрескивания и деформации.

Минусами пользователи считают:

У деревянных – низкий показатель огнестойкости, из-за особенностей материала.
У металлических – склонность к коррозии.
У ЖБ – постепенное разрушение.
Возможность производства изделий только на крупных предприятиях.

Плюсом для двутавров является также то обстоятельство, что монтаж с ними можно проводить круглый год.

Отзывы

По анализу отзывов (большому количеству плюсов) можно сделать вывод о том, что двутавровые балки всегда будут востребованы в строительстве, так как минусов у них практически нет, а имеющиеся связаны больше с периодом эксплуатации.

С мнениями пользователей можно ознакомиться здесь, здесь и здесь.

Средние цены по РФ

Стоимость всех двутавровых балочных изделий на март 2021 г. составляет, в среднем, по РФ:

Стальные:
- за 1 т – 51 700 рублей;
- за 1 м – от 845 до 16 350 рублей.
Деревянные:
- 1 м – от 220, 300, 430 до 900 рублей.
ЖБ:
- 1 шт. – от 850 до 4 500 рублей, до 22 340 – подкрановые, самые большие.

На общую стоимость влияют размеры и количество двутавровых балок. Имеет значение также страна (производитель) и регион РФ. Самые дорогие расценки на двутавры в МО, СПБ и северных областях.

Прайсы с расценками присутствуют на сайтах официальных производителей двутавровых балок.

Двутавры выполняют важную роль в установке межэтажных, чердачных, лестничных, мостовых и кровельных перекрытий. Они выполнены из металла, дерева и из ЖБ-материала.

В продаже двутавры продаются только в маркированном виде. Их маркировка включает в себя следующую расшифровку: первые 2 цифры – это высота профиля в сантиметрах, индекс из букв –тип профиля по ширине, рядом ставят шифр производителя, затем – габариты и номер нормативного документа.

Приобретать изделия дешевле всего на специализированных сайтах от прямых производителей. Изделия имеют различное сечение, которое определяется инженером при разработке проекта постройки.

Читайте также: