Как произвести расчет монолитной плиты перекрытия

Плита перекрытия — это горизонтальная строительная конструкция, которая разделяет этажи друг от друга. Эта конструкция является несущей, она распределяет нагрузки и обеспечивает жесткость здания. Монолитная плита перекрытия — это конструкция, изготовленная на месте строительства здания путем заливки арматуры бетонной смесью.

Виды балок

Отечественная классификация отличается от общепринятой европейской только названиями, линейные и физические параметры почти одинаковые.

Таблица. Разновидности двутавровых деревянных балок

Серия балки Краткое описание
NJ Европейский стандарт, стойка из плиты ОСП толщиной 10 мм. Общая высота двутавра 302 мм или 241 мм, полки размером 38×64 мм.
NJH Размер полок 64×38 мм, стойка из ОСП 3 толщиной 10 мм. За счет того, что ширина полки в два раза больше толщины, удается увеличить площадку для вбивания метизов при фиксации различных дополнительных элементов перекрытия. Эти полки можно использовать для облегчения монтажа утеплителей и инженерных систем: электрической проводки, кабелей и т. д.
NJU Высота балки 302 мм или 241 мм, толщина плиты ОСП 10 мм. Имеет увеличенные полки размером 89×38 мм, за счет чего возрастает фактическое сопротивление усилиям на изгиб. Двутавр изготавливается по европейским стандартам.
БДК Полки 38×64 мм, высота двутавра 302 мм и 241 мм. Рекомендуется применять для перекрытия небольших по длине пролетов, часто используются как дополнительные перемычки для увеличения жесткости конструкции и уменьшения размеров незаполненных пролетов. Аналог европейской серии NJ. Отличия – при изготовлении применяются не те клеящие составы, физические характеристики ОСП не в полной мере отвечают нормативным актам.
БДКУ По линейным размерам похожи на европейские балки NJH, размер полок 64×38 мм. Высота балки может быть 241 мм, 302 мм, 356 мм и 406 мм. Высота выбирается с учетом исходных данным по нагрузкам и типу утеплительных материалов.
СДКУ Полки 38×64 мм, высота 140. Стойка из ОСП толщиной 10 мм. Балки с небольшой высотой рекомендуется применять для сооружения внутренних межкомнатных перегородок.
БДКШ Высота 241 мм, 302 мм, 256 мм, 406 мм, 457 мм, полки 89×38 мм. Могут применяться не только во время строительства частных домов, но и больших по площади коммерческих или производственных помещений.
СДКШ Полки 89×38 мм, высота 140 мм. Легкая серия, чаще применяется как вертикальная стойка, может выдерживать значительные усилия на сжатие.

Классификация монолитных плит перекрытия

Монолитное перекрытие бывает балочным, безбалочным и ребристым (кессонным).

Балочное перекрытие укладывают двумя способами, в зависимости от типа плиты: ребристая она или гладкая. Если плита ребристая, то балки укладывают перпендикулярно ребрам. Если гладкая, то для достижения большей жесткости балки укладывают перпендикулярно друг другу.

Используют два типа балок: главные (с большим диаметром сечения) и второстепенные (с меньшим диаметром). Балки делают стальными или монолитными. Монолитные балки, в свою очередь, могут иметь разные схемы устройства. Они могут быть уложены в несколько рядов или слоев. Иногда плиту дополнительно усиливают в месте балки дополнительной арматурной сеткой. Стальные балки подпирают само перекрытие или могут находиться в самой монолитной плите. Несущий элемент в балке — двутавр.

При устройстве безбалочного перекрытия используют колонны с капителями. Последние выполнены в виде перевернутой пирамиды. Сечение арматурных штырей 8−12 мм. Капители имеют выпуски штырей с двух сторон, которые входят в сами плиту и укрепляют конструкцию. Плиты имеют каркас в два слоя арматуры. В этом случае плиты имеют толщину от 1/35 до 1/30 длины пролета. В последнее время распространена технология одновременного бетонирования колонн и плит.

Кессонное перекрытие отличается от ребристого количеством направлений ребер: они располагаются в обоих направлениях. Преимущества такого устройства перекрытия в легкости конструкции и прочности на изгиб из-за сетки ребер. При строительстве широкого пролета на месте стыка колонны и перекрытия устанавливается дополнительное арматурное усиление. Штыри колонны проникают в полость опалубки. Кессонное устройство предполагает верхний ряд сплошной арматурной сетки. Диаметр сечения штырей 8 мм.

Монолитное ребристое перекрытие с балочными плитами

1 — главная балка; 2 — второстепенная балка; 3 — колонна; 4 — плита

Все элементы перекрытия первого типа монолитно связаны между со­бой и предполагается, что работают по балочной неразрезной схеме. Глав­ные балки стремятся располагать по короткому шагу колонн как наиболее нагруженным элементам перекрытия. Второстепенные балки располагают с шагом, как правило, не более 2,7 м, с учетом того, чтобы ось одной из балок совпадала с осью колонн. При этом, чтобы плиты в коротком на­правлении работали по балочной схеме, соотношение короткой к длинной стороне ячейки в плане должно отвечать неравенству 11/12 < 0,5. При соот­ношении сторон плиты 11/12 >0,5 необходимо учитывать работу в двух на­правлениях.

Читайте также:  Сборно-монолитные перекрытия: особенности, виды и монтаж

Толщины плит рекомендуется принимать от 40 до 80 мм с градацией

10 мм, от 80 до 200 мм — с градацией 20 мм, а выше — с градацией 50 мм. Высота второстепенных и главных балок принимается, как правило, в зави­симости от величины пролета — (1/12-1/20)/,! и (l/8-l/15)L2.

В современных условиях, когда получили развитие численные методы расчета, реализуемые в программных комплексах на ЭВМ, «ручные» спосо­бы расчета для оценки напряженно-деформированного состояния монолит­ных перекрытий применяются реже. Однако своей актуальности не потеряли, поскольку практически незаменимы при предварительном предпроектном анализе конструктивных решений и выборе оптимальной конструктивной системы. Кроме того, инженерные методы расчета остаются основой для конструирования плит в части установления рационального расположения арматуры и учета различных эксплуатационных факторов.

Одним из особенностей расчета монолитных перекрытий, представляю­щих систему пластин и перекрестных ребер, является перераспределение уси­лий. По существу, это означает, что результаты расчета по упругой схеме су­щественно отличаются от фактических значений усилий в элементах перекры­тий. Поэтому не отпадает актуальность дополнительного инженерного анализа результатов расчета неразрезных систем на основе инженерных методов, с це­лью коррекции полученных результатов упругого расчета и даже расчета с учетом физической нелинейности, поскольку сам процесс учета физической нелинейности не позволяет полностью перераспределять усилия. Кроме того, при расчете средних пролетов следует иметь в виду фактор распора, влияющий на несущую способность неразрезных конструкций (повышение несущей спо­собности может достигать 20%), деформирующихся в стесненных условиях.

Инженерный метод расчета элементов монолитного перекрытия, кон­структивная схема которого показана на рис. , основан на определенной последовательности: расчет плиты перекрытия, расчет второстепенной бал­ки и расчет главной балки. Нагрузки на плиту и второстепенную балку принимаются как равномерно распределенные. Расчетный пролет для пли­ты принимается: для средних пролетов — расстояние в свету между второ­степенными балками; для крайнего пролета — от грани крайней балки до оси опорной зоны на стену (см. рис. выше). Вырезается условная полоса ши­риной 1 м, и плита рассматривается как неразрезная балка с распределени­ем изгибающих моментов по схеме рис. выше. При этом учтен фактор вы­равнивающего перераспределения усилий в неразрезной системе.

Второстепенные балки рассчитывают так же, как и балочные плиты, по неразрезной многопролетной схеме {рис. ниже). За расчетные средние про­леты принимаются расстояния в свету между гранями главных балок, край­ние — расстояние между крайней главной балкой и осью опирания на под­держивающую конструкцию. Нагружение временной нагрузкой рассматри­вается в двух комбинациях: 1) полная временная Р в нечетных пролетах и

условная, равная 0,25Р — в четных; 2) полная временная в четных пролетах и условная 0,25Р — в нечетных (рис. ниже, а). Огибающая эпюра изгибающих моментов для второстепенной балки показана на рис. ниже, б. Координаты огибающей эпюры моментов можно определять по специальным таблицам.

Виды металлических балок для перекрытий

Балка – представляет собой длинномерный элемент, длина которого значительно больше характерного размера для поперечного сечения. В составе строительных конструкций балка работает, главным образом, на изгиб, поэтому ее рекомендуется изготавливать с тонкостенным поперечным сечением. Наиболее востребованными являются балки двутаврового сечения, представляющие собой Н-образный профиль, который образован двумя параллельными полками и соединяющей их стенкой.

Рис.1 — Двутавровые балки на холодильнике прокатного стана

В строительстве используются балки перекрытия из различных материалов. Наиболее востребованным вариантом является сварной или катанный двутавр. Расчет металлических балок перекрытия ведется, исходя из количества опор, схемы опирания на стены и крепления к основанию, условий эксплуатации и других факторов. На основании расчета выбирается наиболее экономически приемлемый вариант балки.

При необходимости выполняется усиление металлических балок перекрытия. Такие мероприятия требуется проводить, если в процессе эксплуатации этот элемент подвергается горизонтальным нагрузкам, которые могут привести к снижению его характеристик и разрушению. Во избежание этого явления металлические балки усиливают одним из следующих способов:

  • применение накладок для увеличения сечения (рис. 2а, 2б);
  • обетонирование (рис 2в);
  • использование шпренгеля (рис. 2г);
  • применение распорных или натяжных устройств для регулировки напряжений (рис. 2 д, 2е);
  • использование дополнительных опор (рис 2 ж, 2з).

Рис. 2 — Методы усиления балок

В зависимости от метода изготовления выделяют следующие виды металлических балок перекрытия:

  • горячекатаные двутавры – наиболее дешевый и простой вариант, который предполагает использование серийно выпускаемого проката;
  • сварные, болтовые, клепаные балки – изготавливаются специализированными предприятиями и позволяют решать нестандартные строительные задачи.

Горячекатаные двутавровые металлические балки перекрытия

Основной объем используемого в строительстве двутавра изготавливается горячей прокаткой из непрерывнолитой заготовки. В зависимости от технологии производства и геометрических характеристик продукции выделяют несколько групп балок.

Двутавры с уклоном граней полок по ГОСТ 8239

Этот вид продукции отличается наличием уклона внутренних граней полок относительно внешних в пределах 6-12°. Такая продукция имеет следующие характеристики:

  • выпускаемые профили – от балки 10 до балки 60 (число обозначает высоту в сантиметрах);
  • ширина профиля – от 55 до 190 мм;
  • толщина стенки – от 4,5 до 12 мм;
  • толщина полок – от 7,2 до 17,8 мм.
Читайте также:  Люк для погреба: схема, параметры и алгоритм действий

В качестве балок перекрытий могут использоваться усиленные двутавры с уклоном полок по ГОСТ 19425, который изначально разрабатывались для изготовления подвесных путей и армирования шахтных стволов.

Рис.3 — Балка, имеющая уклон полок

Двутавры с параллельными гранями по ГОСТ 26020

В последнее время в строительстве отдается предпочтение более экономичным двутаврам, имеющим параллельные грани полок. Кроме указанного стандарта, такая продукция также производится по СТО АСЧМ 20-93 (имеет незначительное отличия по геометрии).

Характеристики нормальных двутавров:

  • выпускаемые профили – от балки 10Б1 до балки 100Б4 (число обозначает высоту в сантиметрах, буква «Б» — нормальный профиль, последняя цифра – номер типоразмера в группе с одинаковой высотой);
  • ширина профиля – от 55 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 4,1 до 19,5 мм;
  • толщина полок – от 5,7 до 32,5 мм.

Характеристики широкополочных двутавровых балок:

  • выпускаемые профили – от балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш – широкополочный тип);
  • ширина профиля – от 150 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 6,0 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 9,0 до 36,5 мм.

Характеристики колонных балок двутавровых:

  • выпускаемые профили – от балки 20К1 до балки 40К5 (К – колонный тип);
  • ширина профиля – от 200 до 400 мм;
  • толщина стенки – от 6,5 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 10,0 до 35,5 мм.

Рис.4 — Балка, имеющая параллельные полки

Сварные, болтовые и клепаные балки перекрытия

Такой вариант используется, когда размеры металлических балок перекрытия отличаются от стандартных или катаные двутавры не удовлетворяют расчетным условиям по общей устойчивости, жесткости либо прочности. Кроме того, предпочтение «сборным» балкам отдается в случае их большей экономичности или лучшего уровня эксплуатационных характеристик.

Чаще всего используется сварная балка, которую изготавливают путем сварки автоматом под флюсом. На предварительном этапе осуществляется раскрой, зачистка и правка металла, разделка кромок под сварку, а затем, непосредственно, процесс соединения элементов в единое целое. После сварки готовое изделие правится для устранения термических деформаций (грибовидности).

Таким образом можно получать не только стандартные типоразмеры, но и изделия переменного сечения, усиленные или бистальные двутавры.

Возможные дефекты

Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

  • нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
  • прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
  • подрезы – канавки вдоль границы соединения;
  • трещины, образующие в местах разрыва шва;
  • шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

Основные формы и размеры плит

Согласно данному стандарту, можно выделить такие типы плит перекрытия:

  • однослойные сплошные;
  • многопустотные.

В свою очередь они разделяются по видам: однослойные -1П; 2П, пустотные на 1ПК; 2ПК и ПБ. Их габариты:

Вид панелей Длина,м Ширина,м Толщина, м
3; 3,6 4,8; 5,4 ;6; 6,6 0,12
2,4; 3; 3,6;6 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3; 3,6 0,16
1ПК 2,4-6,6(шаг 0,3)7,2 ;7,5 ;9 1; 1,2; 1,5 0,22
2ПК 2,4-6,6(шаг 0,3)
ПБ 2-15(шаг0,1) 1,2;1,5

Кроме размеров, плиты делятся по способу опирания на стены:

  • двусторонний — это самый оптимальный метод, в этом случае торцы изделия кладутся на несущие стены здания;
  • трёхсторонний – в этом случае на стену опирается торцы панели ПКТ и одна из длинных сторон. При таком методе укладки возможен изгиб только свободной части плиты;
  • четырёхсторонний – применяется, когда от конструкции требуется увеличенная прочность. Плита марки ПКК монтируется на все четыре стороны плиты. Это довольно дорогой способ и применять его рентабельно только при возведении многоэтажных зданий.

Элементы опалубки

Опалубка перекрытий включает следующие формообразующие фрагменты:

  • палуба;
  • поддерживающие конструкции;
  • крепежи.

Бетон выливается непосредственно на палубу, которая образует собой нижнюю часть перекрытия. Дополняется этот элемент доборными комплектующими, формирующими боковые поверхности перекрытий.

Балка для опалубки перекрытия является основным фрагментом несущей конструкции опалубки. Собственно, на нее настилается палуба. Основной задачей элемента является распределение нагрузки, которая создается слоем бетона и улучшение несущих способностей. Как правило, для изготовления балок применяются такие материалы как металл или дерево.

Установка опалубки перекрытия требует соблюдения шага сборки балок, обычно используются системы с продольными и поперечными рядами. Монтаж конструкции может занять довольно большой промежуток времени.

Стойки для опалубки перекрытий гарантируют работоспособность всей системы. С их помощью нагрузка, которая создается при бетонировании, передается нижерасположенным рабочим поверхностям, что способствует устойчивости всей системы.

Сами опоры могут быть:

  • гидравлическими;
  • клиновыми;
  • винтовыми.

Опалубка перекрытий может менять высоту благодаря их устройству. Эти элементы используются для крепления несущих систем.

Читайте также:  Теплый пол в каркасном доме на винтовых сваях, как его сделать?

В состав стоек входят также опорные треноги и опорные головки, предназначенные для фиксации несущих элементов конструкции. Объемная опалубка для плиты перекрытия имеет несколько иную конструкцию стоек. Их комплект дополняется специальными ригелями для соединения разных уровней системы.

Подобное конструктивное решение позволяет получить повышенную устойчивость конструкции, а также улучшает перераспределение нагрузок.

Последние годы популярность набирают опалубочные системы на телескопических стойках, так как подобный механизм упрощает регулировку высоты системы.

Деревянные двутавровые балки перекрытия своими руками

Такие опорные элементы широко применяются в строительной сфере, особенно при обустройстве различных перекрытий. В продаже имеется несколько вариантов двутавровых балок, в производстве которых используется «чистая» древесина и материалы на ее основе. Средняя цена – 230 руб/п.м. – довольно приемлемая для большинства индивидуальных застройщиков.

Но есть ряд вопросов, которые наводят на мысль – а не проще ли изготовить деревянный двутавр своими руками? Во-первых, не возникнет проблемы с его транспортировкой, во-вторых, с подгонкой по месту установки. Ведь придется довольствоваться лишь тем, что предлагает рынок.

Как организовать самостоятельное «производство» деревянных двутавровых балок, что учесть – тема предлагаемой статьи.

Объяснять читателю отдельные нюансы изготовления балок двутавровых бессмысленно. Например, как сделать своими руками пазы для установки стоек. У каждого хозяина свой инструмент (цепная пила, фрезы или иное) и методика.

Но несколько замечаний общего плана лишними не будут:

  • Даже для перекрытий один и тот же двутавр использовать не стоит. Необходимо сделать точный расчет нагрузок. Деревянные балки имеют небольшой вес, но вот какой они сами способны выдержать? Поэтому если сборка и ведется своими руками, то определение оптимальных параметров двутавровой опоры лучше доверить профессионалу.
  • Перед началом «конструирования» все образцы из древесины следует высушить. Еще неизвестно, где и при каких условиях материал хранился до того, как был куплен. Несоблюдение этой рекомендации может привести к тому, что смонтированная двутавровая балка через некоторое время деформируется.

Выбор материала

Понятие древесина – общее. Что именно целесообразно использовать при изготовлении своими руками двутавровых балок?

Немаловажен и вопрос о породе. Наиболее проблемная часть любого сруба – нижний венец. Его нужно было максимально оградить от воздействия влаги. Поэтому для него всегда брали лиственницу. Это дерево, в отличие от других хвойных пород, содержит не просто смолу, а особую. Она придает материалу уникальные свойства. Например, при намокании древесина становится только прочнее. Ну а что именно использовать – на усмотрение домашнего мастера.

Практика малоэтажного строительства показывает, что наиболее используемые типоразмеры двутавровых балок следующие:

Остается добавить, что минимально допустимое сечение бруса (мм) – 35 х 25. И это лишь для опалубки. Если использовать такой двутавр в качестве перекрытия, то заготовки придется монтировать как можно плотнее, а это – повышенный расход древесины. Следовательно, брус необходимо брать большего сечения.

Стойка

Основных вариантов два – из многослойной фанеры или ОСВ. Хотя в продаже встречаются двутавровые балки и других исполнений, для изготовления своими силами лучше ориентироваться на эти материалы. Предпочтительнее ОСВ, так как они обеспечат большую прочность и долговечность конструкции благодаря особому структурному составу и технологии производства.

Как правило, на это мало кто обращает внимание. Хотя все клеи отличаются друг от друга, в том числе, и токсичностью. Вот это и следует учесть. При выборе средства нужно ознакомиться с его составом, особенно если предполагается монтаж перекрытий из двутавровых балок в жилом строении. Рекомендация простая – чем меньше «химии», тем лучше.

Особенности изготовления двутавровой деревянной балки

  1. После подготовки брусьев в них делаются выпилы для последующей установки стойки. Она должна располагаться строго вертикально, поэтому особое внимание – точности разметки (ведется от продольной оси заготовок).
  2. Каждая плита перед использованием тщательно осматривается. Малейший дефект (а он скажется на несущей способности двутавровой балки) – причина для отбраковки. Кромки отобранных плит немного скашиваются, чтобы образцы лучше входили в пазы.
  3. Выпилы в брусьях промазываются клеящим составом; в нижний вставляется стойка, после чего накладывается верхний и прижимается.
  4. Сборка оставляется в таком положении до полного просыхания клея. Это время указывается в инструкции по применению состава.

Качественную стыковку всех элементов двутавровой балки можно обеспечить отрезками швеллера аналогичной длины. Они накладываются на бруски и стягиваются импровизированными хомутами (веревка, ремни с карабинами и тому подобное), до полного отвердевания клея. И только после этого деревянную балку-двутавр  можно использовать для обустройства перекрытия.

Процесс изготовления опор из древесины, как и выбор материалов, особых сложностей не представляет. Работа, выполненная своими руками, экономит и время, и деньги. Но это оправдано лишь в том случае, если расчеты нагрузок проведены на профессиональном уровне. Если нет полной уверенности, что это получится сделать самостоятельно, рисковать не стоит. Перекрытие – ответственная часть любой конструкции, и никакая экономия не может служить оправданием нарушению проектных параметров.