Нагрузка на балку от стены. Сбор нагрузок в каркасном доме

Мы поговорили о сборе нагрузок для случая, когда основные несущие конструкции – это стены дома. Сейчас все чаще случается, что частные жилые дома строят каркасного типа: когда несущими являются колонны, опирающиеся на столбчатые фундаменты, и воспринимающие нагрузку от перекрытий, балок, стен, перегородок, полов, крыши – в общем, всего, что в доме запроектировано. Подход к сбору нагрузок в этом случае несколько иной.

Предположим, у нас есть двухэтажный дом (второй этаж – полумансардный) каркасного типа: столбчатые фундаменты с фундаментными балками (под стены 1 этажа), монолитные колонны, монолитные перекрытия (безбалочные, только по периметру – обвязочная балка), продольные монолитные балки на втором этаже – поддерживающие конструкции крыши; деревянная крыша, наружные стены – из газобетона, перегородки – кирпичные.

Постараемся собрать нагрузки для расчета:

1) столбчатого фундамента под центральную колонну (оси 2/Б);

2) столбчатого фундамента под угловую колонну (оси 1/В);

3) столбчатого фундамента под крайнюю колонну (оси 4/Г);

4) фундаментной балки.

Выберем город проектирования (для снеговой нагрузки) – пусть это будет Николаев.

Внимание! Сечения несущих элементов (толщина перекрытия, размеры стропильных ног, колонн, балок) взяты просто для примера, их размеры не подтверждены расчетом и могут значительно отличаться от принятых.

1. Нагрузка от 1 м 2 перекрытия над первым этажом.

4 . Нагрузка от 1 м 2 кирпичной перегородки.

5 . Нагрузка от собственного веса железобетонных конструкций (на 1 пог. метр).

Теперь необходимо перейти к сбору нагрузок на фундаменты. В отличие от нагрузки на ленточный фундамент, которая определяется на погонный метр, нагрузка на столбчатый фундамент собирается в килограммах (тоннах), так как по сути является сосредоточенной и передается в виде силы N от колонны – фундаменту.

Как перейти от равномерно распределенной нагрузки к сосредоточенной? Нужно умножить ее на площадь (для нагрузки, измеряемой в кг/м 2) или на длину (для нагрузки, измеряемой в кг/м). Так, на колонну, расположенную на пересечении осей «2» и «Б» нагрузка передается с прямоугольника, обозначенного на рисунке выше розовым цветом, размеры этого прямоугольника 2,75х3 м 2 . Как определить эти размеры? По горизонтали у нас есть два пролета между соседними колоннами: один 4,5 м, второй – 1,5 м. От каждого из этих пролетов половина нагрузки приходится на одну колонну, а половина – на другую. В итоге, для нашей колонны длина сбора нагрузки будет равна:

4,5/2 + 1,5/2 = 2,25 + 0,75 = 3 м.

Точно так же определяется длина сбора нагрузки в перпендикулярном направлении:

3/2 + 2,5/2 = 1,5 + 1,25 = 2,75 м.

Площадь сбора нагрузки для колонны по оси 2/Б равна: 3*2,75=8,25 м 2 .

Но для этой же колонны площадь сбора нагрузки от крыши уже будет другой, т.к. колонны по оси «3» на втором этаже уже нет (это видно на разрезе дома), и пролет справа от колонны возрастает до 4,5 м. В табличном расчете это будет учтено.

6. Определим нагрузку на столбчатый фундамент под колонну в центре здания (по оси «2/Б»).

Пояснения:

1. Высота колонны считается от верха фундамента до низа перекрытия плюс от верха перекрытия до низа балки под коньком.

2. При подсчете нагрузки от конструкций крыши нужно обращать внимание на площадь сбора нагрузки – для наклонных элементов площадь больше, для расположенных горизонтально – меньше. В данном случае стропильные ноги, металлочерепица и обрешетка расположены наклонно и имеют большую площадь, чем расположенные горизонтально деревянные чердачные балки, утеплитель и гипсокартон. Для двух других колонн будет иная ситуация.

3. Нагрузка от веса перегородки берется от той части перегородки, которая опирается на участок перекрытия, с которого собирается нагрузка (на рисунке заштрихован розовым). Т.к. в таблице 4 собиралась нагрузка от 1 кв. метра перегородки, то ее нужно умножить на высоту и длину перегородки.

7. Определим нагрузку на столбчатый фундамент под колонну по наружной стене (по оси «1/В»).

Пояснения:

1. Высота обвязочной балки считается до низа перекрытия, чтобы не учитывать один и тот же бетон дважды.

2. Утеплитель и гипсокартон в данном случае расположены наклонно, поэтому и площадь их берется соответственно.

3. Высота перегородки из-за наклонной крыши не одинаковая. Среднюю высоту находим как сумму наименьшей и наибольшей высот перегородки (на участке, с которого собирается нагрузка), деленную на два.

8. Определим нагрузку на столбчатый фундамент под угловую колонну (по оси «4/Г»).

Пояснения:

1. Балка под стропилом расположена только вдоль оси «4», вдоль оси «Г» ее нет, поэтому длина балки берется 2,15 м. В то время как обвязочная балка идет по периметру здания, и ее длину находим сложением участков 2,15 м и 1,65 м, за вычетом 0,3 м – размер стороны колонны (чтобы не дублировать один бетон дважды).

2. Суммарная высота стены вдоль оси «Г» находится, исходя из следующих данных: 2,8 м – высота кладки на первом этаже; 1,57 м – наименьшая высота стены на втором этаже на участке, с которого собирается нагрузка; 2,32 м - наибольшая высота стены на втором этаже на участке, с которого собирается нагрузка.

9. Определим нагрузку на 1 погонный метр фундаментной балки от стены из газобетона

От веса 1 пог. метра стены первого этажа (высота стены 2,8 м)

Пояснение:

Т.к. дом каркасный, то несущими элементами в нем являются колонны, которые воспринимают нагрузку от крыши и перекрытия и передают ее на столбчатые фундаменты. Поэтому стены первого и второго этажа служат лишь заполнением и воспринимаются перекрытием и фундаментными балками как нагрузка, а сами при этом ничего не несут.

Итак, сбор нагрузки на фундамент завершен, да не совсем. Если колонны связаны с фундаментами шарнирно, то данных (вертикальных) нагрузок будет достаточно для расчета фундаментов. Если же связь колонн с фундаментами жесткая, то на фундамент от колонн будет передаваться не только вертикальная сила N (кг), но и изгибающие моменты в двух плоскостях Мх и Му (кг*м) и поперечные силы Qx и Qy (кг). Для их определения нужно посчитать колонны первого этажа и найти моменты и поперечные силы в нижнем сечении. В данном примере они будут небольшими, но все-таки будут, игнорировать их при расчете фундаментов нельзя.

В продолжение этого расчета читайте статью "Сбор ветровых нагрузок в каркасном доме" в ней мы приблизимся к определению моментов и поперечных сил для расчета фундамента.

Внимание! Для удобства ответов на ваши вопросы создан новый раздел "БЕСПЛАТНАЯ КОНСУЛЬТАЦИЯ" .

В комментариях к этой статье прошу задавать вопросы только по статье.

Наружные несущие стены должны быть, как минимум, рассчитаны на прочность, устойчивость, местное смятие и сопротивление теплопередаче. Чтобы узнать, какой толщины должна быть кирпичная стена , нужно произвести ее расчет. В этой статье мы рассмотрим расчет несущей способности кирпичной кладки, а в следующих статьях - остальные расчеты. Чтобы не пропустить выход новой статьи, подпишитесь на рассылку и вы узанете какой должна быть толщина стены после всех расчетов. Так как наша компания занимается строительством коттеджей, то есть малоэтажным строительством, то все расчеты мы будем рассматривать именно для этой категории.

Несущими называются стены, которые воспринимают нагрузку от опирающихся на них плит перекрытий, покрытий, балок и т.д.

Также следует учесть марку кирпича по морозостойкости. Так как каждый строит дом для себя, как минимум на сто лет, то при сухом и нормальном влажностном режиме помещений принимается марка (М рз) от 25 и выше.

При строительстве дома, коттеджа, гаража, хоз.построек и др.сооружений с сухим и нормальным влажностным режимом рекомендуется применять для наружных стен пустотелый кирпич, так как его теплопроводность ниже, чем у полнотелого. Соответственно, при теплотехническом расчете толщина утеплителя получится меньше, что сэкономит денежные средства при его покупке. Полнотелый кирпич для наружных стен необходимо применять только при необходимости обеспечения прочности кладки.

Армирование кирпичной кладки допускается только лишь в том случае, когда увеличение марки кирпича и раствора не позволяет обеспечить требуемую несущую способность.

Пример расчета кирпичной стены.

Несущая способность кирпичной кладки зависит от многих факторов - от марки кирпича, марки раствора, от наличия проемов и их размеров, от гибкости стен и т.д. Расчет несущей способности начинается с определения расчетной схемы. При расчете стен на вертикальные нагрузки, стена считается опертой на шарнирно-неподвижные опоры. При расчете стен на горизонтальные нагрузки (ветровые), стена считается жестко защемленной. Важно не путать эти схемы, так как эпюры моментов будут разными.

Выбор расчетного сечения .

В глухих стенах за расчетное принимается сечение I-I на уровне низа перекрытия с продольной силой N и максимальным изгибающим моментом М. Часто опасным бывает сечение II-II , так как изгибающий момент чуть меньше максимального и равен 2/3М, а коэффициенты m g и φ минимальны.

В стенах с проемами сечение принимается на уровне низа перемычек.

Давайте рассмотрим сечение I-I.

Из прошлой статьи Сбор нагрузок на стену первого этажа возьмем полученное значение полной нагрузки, которая включает в себя нагрузки от перекрытия первого этажа P 1 =1,8т и вышележащих этажей G=G п +P 2 +G 2 = 3,7т:

N = G + P 1 = 3,7т +1,8т = 5,5т

Плита перекрытия опирается на стену на расстоянии а=150мм. Продольная сила P 1 от перекрытия будет находиться на расстоянии а / 3 = 150 / 3 = 50 мм. Почему на 1/3? Потому что эпюра напряжений под опорным участком будет в виде треугольника, а центр тяжести треугольника как раз находится на 1/3 длины опирания.

Нагрузка от вышележащих этажей G считается приложенной по центру.

Так как нагрузка от плиты перекрытия (P 1) приложена не по центру сечения, а на расстоянии от него равном:

e = h/2 - a/3 = 250мм/2 - 150мм/3 = 75 мм = 7,5 см,

то она будет создавать изгибающий момент (М) в сечении I-I. Момент - это произведение силы на плечо.

M = P 1 * e = 1,8т * 7,5см = 13,5 т*см

Тогда эксцентриситет продольной силы N составит:

e 0 = M / N = 13,5 / 5,5 = 2,5 см

Так как несущая стена толщиной 25см, то в расчете следует учесть величину случайного эксцентриситета e ν =2см, тогда общий эксцентриситет равен:

e 0 = 2,5 + 2 = 4,5 см

y=h/2=12,5см

При e 0 =4,5 см < 0,7y=8,75 расчет по раскрытию трещин в швах кладки можно не производить.

Прочность кл адки внецентренно сжатого элемента определяется по формуле:

N ≤ m g φ 1 R A c ω

Коэффициенты m g и φ 1 в рассматриваемом сечении I-I равны 1.

Требуется собрать нагрузки на монолитную балку перекрытия жилого дома (балка по оси «2» в осях «Б-В» на рис.1). Размеры сечения балки: h = 0,5 м, b = 0,4 м. Конструкцию пола принять по рисунку в .

Решение

Данный тип здания относится ко II классу ответственности. Коэффициент надежности по ответственности γн = 1,0.

Состав пола и значения постоянных нагрузок примем из примера 1.1.

Нагрузки, действующие на балку, принимаются линейно распределенными (кН/м). Для этого равномерно распределенные нагрузки на перекрытие умножаются на ширину грузового участка, равному для средних балок шагу рам. В нашем примере см. рис. 1 ширина грузового участка составляет В = 6,6 м. Остается умножить постоянную нагрузку, вычисленную в примере 1.1, на данную величину и записать в таблицу 1:

q1 = 5,89*В = 5,89*6,6 = 38,87 кН/м;

q1p = 6,63*В = 6,63*6,6 = 43,76 кН/м.

Таблица 1

Сбор нагрузок на балку перекрытия

кратковременная ν1

длительная р1

Вычислим нагрузку от собственного веса балки.

Объемный вес железобетона равен 2500 кг/м3 (25 кН/м3). При высоте балки h = 0,5 м и ее ширине b = 0,4 м нормативное значение нагрузки от собственного веса составляет

q2 = 25*h*b*γн =25*0,5*0,4*1,0 =5,0 кН/м.

Коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,1, тогда расчетное значение составит:

q2р = q2*γt =5*1,1 =5,5 кН/м.

Суммарная нормативная постоянная нагрузка составляет

q = q1 + q2 = 38,87 + 5,0 = 43,87 кН/м;

расчетная:

qр = q1р + q2р = 43,76 + 5,5 = 49,26 кН/м.

Понижающие коэффициенты φ1, φ2, φ3 или φ4, при расчете балок нормативные значения нагрузок, допускается снижать в зависимости от грузовой площади А, м2, рассчитываемого элемента умножением на коэффициент сочетания φ. При грузовой площади А = 6,6*7,2 = 47,52 м2 и при А = 47,52 м2 > А1 = 9,0 м2 для помещений коэффициент сочетания φ1 определяется по формуле:

φ1 = 0,4 + 0,6/ √(А/А1) = 0,4 + 0,6/√(47,52/9,0) = 0,66.

Полное (кратковременное) нормативное значение нагрузки от людей и мебели для квартир жилых зданий составляет 1,5 кПа (1,5 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0 и коэффициент сочетания φ1 = 0,66, итоговая нормативная кратковременная полезная нагрузка составляет:

ν1 = 1,5*В*γн*φ1 = 1,5*6,6*1,0*0,66 = 6,53 кН/м.

При нормативном значении временной нагрузки менее 2,0 кПа коэффициент надежности по нагрузке γt принимается равным γt = 1,3. Тогда расчетное значение составляет:

ν1р = ν1*γt = 6,53*1,3 = 8,49 кН/м.

Длительную полезную нагрузку получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35 т.е:

р1 = 0,35*ν1 = 0,35*6,53 = 2,29 кН/м;

р1р = р1*γt = 2,29*1,3 = 2,98 кН/м.

Нормативное значение равномерно распределенной нагрузки от перегородок составляет не менее 0,5 кН/м2. Приводим ее к линейно распределенной нагрузке на балку путем умножения на ширину грузового участка В=6,6 м:

р2 = 0,5*В*γн = 0,5*6,6*1,0 = 3,3 кН/м.

Расчетное значение нагрузки тогда:

р2р = р2*γt = 3,3*1,3 = 4,29 кН/м.

I сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная).

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициент Ψl, Ψt вводить не следует.

q1 = q + ν1 = 43,87 + 6,53 = 50,4 кН/м;

q1р = qр + ν1р = 49,26 + 8,49 = 57,75 кН/м.

II сочетание: постоянная нагрузка (собственный вес перекрытия и балки) + полезная (кратковременная) + нагрузка от перегородок (длительная).

Для основных сочетаний коэффициент сочетаний длительных нагрузок Ψ1 принимается: для первой (по степени влияния) длительной нагрузки — 1,0, для остальных — 0,95. Коэффициент Ψ2 для кратковременных нагрузок принимается: для первой (по степени влияния) кратковременной нагрузки — 1,0, для второй — 0,9, для остальных — 0,7.

Поскольку во II сочетании присутствует одна кратковременная и одна длительная нагрузка, то коэффициент Ψl и Ψt = 1,0 .

qII = q + ν1 + р2 = 43,87 + 6,53 + 3,3 = 53,7 кН/м;

qIIр = qр+ ν1р + р2р = 49,26 + 8,49 + 4,29 = 62,04 кН/м.

Прежде чем произвести расчет опирания перемычек на кирпичную стену, следует выяснить несколько важных моментов. Что же такое перемычка? Это та часть стены, которая перекрывает дверные и оконные проемы и удерживает на себе кладку над проемами. Когда сила тяжести перекрытия ложится непосредственно на стену над оконными и дверными проемами, используют сборные несущие железобетонные элементы. Если нагрузки на стенах нет, а ширина проемов не превышает 2 м, используют ненесущие железобетонные или рядовые из кирпичной кладки с применением растворов повышенной прочности, закладывая арматурные стержни для поддержки нижнего ряда кирпичей. Бывает, что вместо рядовых перемычек выполняют клинчатые, которые еще и служат декорацией фасада. С той же целью в 4 метровых пролетах возводят арочные перемычки. Данный тип кладки используют для организации перекрытий в зданиях со сводами. В таком случае все поперечные и продольные швы во время кладки перемычек должны быть заполнены.

Перемычки предназначены для перекрытия дверных и оконных проемов в кирпичных стенах зданий различного назначения.

Если вертикальные швы будут недостаточно заполнены, то от нагрузок произойдет сначала сдвиг отдельных кирпичей, а потом и разрушение кладки. Обязательно соблюдать горизонтальность рядов рядовых перемычек, правила перевязки кладки из целого кирпича. В кладку используют раствор не ниже 25 марки. Высота рядовой перемычки должна составлять около 5 рядов кладки, а длина должна превышать на 50 см ширину самого проема. Кладку перемычек делают с применением опалубки из досок 40-50 мм толщиной. Расстилают раствор по опалубке примерно 2 см толщиной. В раствор потом втапливают прутья арматуры. Слой идет под первый ряд кирпича рядовых перемычек. Армируются перемычки 6 мм стержнями в диаметре из круглой стали. Расчет количества стержня прост, его кладут по одному на каждые полкирпича, но на всю перемычку не менее 3. В перемычке арматура работает на растяжение, она воспринимает растягивающие усилия от кладки. Концы стержней выпускают на 25 см за грани проема, заканчиваются крюком.

Перемычка из кирпича

Опирание опалубки производится на выпущенные из кладки кирпичи. После снятие опалубки кирпичи срубают. Если ширина проема превышает 1,5 м, опирание опалубки ложится на кружала из досок, которые ставят на ребро. Бывает так, что кроме дощатой опалубки используют трубчатые инвентарные опоры-кружала, сконструированные Огарковым. Такую конструкцию опирания очень просто изготовить. Для этого делают 2 обрезка труб 48 мм в диаметре и вставляют в обрезок трубы с диаметром 60 мм. Во время кладки кружал раздвигают трубы таким образом, чтобы меньшего диаметра концы заходили внутрь борозд, которые оставлены в кладке. Ставятся по 2 кружала на каждый проем и применяются, если в проемах вставлены оконные и дверные блоки. При использовании других типов кружал оконные и дверные блоки вставляют после снятия кружал. Из обычного глиняного кирпича выкладывают клинчатые и лучковые перемычки с клинообразными швами, толщина которых вверху перемычки 25 мм, а внизу — около 5 мм.

Кладка рядовых перемычек: а - фасад перемычки, б - разрез перемычки, в - кладка перемычки по дощатой опалубке, г - кладка перемычки на инвентарных трубчатых кружалах; 1 - арматурные стержни, 2 - доски, 3 - деревянные кружала, 4 - трубчатые кружала Огаркова.

Конечно, вначале возводят стены до уровня перемычек, при этом выкладывают опорную пяту из кирпича, подтесанного прежде, чем устраивают кладку перемычек. Направление опорной плоскости определяют при помощи шаблона, то есть угла отклонения от плоскости по вертикали. По подготовленной опалубке, которую удерживают кружала, поперечными рядами ведут кладку. Расчет рядов кладки на опалубке размечают таким образом, чтобы их число с учетом толщины шва было нечетным. В данном случае ряды кладки считают по горизонтали. Нечетный ряд кирпича в центре называется замковым, и находиться он четко в вертикальном положении в центре перемычки. Выполняют кладку лучковых и клинчатых перемычек с двух сторон равномерно от пяты к замку так, чтобы она заклинивалась в замке нечетным центральным кирпичом. С помощью шнурка проверяют правильность направления швов. В точке сопрягающихся линий пересечения опорных частей крепят шнурок. Кладку клинчатых перемычек производить нельзя, если пролет превышает 2 м.

Арочные перемычки, своды

Схема выполнения кирпичной кладки арок и сводов (арочных перемычек).

Кладут арочные перемычки, своды и арки в такой же последовательности, как и клинчатые. Образующиеся за счет кладки швы между рядами должны быть перпендикулярны кладке наружной и нижней поверхности арки. Швы образуют клинчатую форму с расширением кверху и сужением снизу. В сводах и арках усилие от нагрузки к кривой арки действует по касательной. Постели рядов ложатся перпендикулярно направлению давления. При таком расположении рядов это первое правило резки кирпичной кладки. Кладку в швах плотно заполняют раствором. В процессе выполнения работы сверху поверхность сводов затирается раствором толщиной 1/4 кирпича. Правильность швов и укладки рядов проверяют шнуром, который закрепляют в центре арки. Положение каждого ряда проверяют шаблоном-угольником и шнуром. Конструкция опалубки для кладки арок и сводов должна обеспечивать при распалубливании ее равномерное опускание. Ставят клинья под кружалами, если их ослабить, опалубка опускается. Выдерживание в опалубке арочных и клинчатых перемычек по времени зависит от марки раствора и температуры воздуха.

Перемычки из железобетона

Сборные железобетонные изделия (ЖБИ), используемые при строительстве, производят на специализированных заводах и монтируют непосредственно на объектах строительства.

При строительстве домов для перекрытия дверных и оконных проемов применяются сборные железобетонные перемычки.

Сборные железобетонные перемычки различают по видам: брусковые, балочные с четвертью для опирания (ПГ), плитные шириной более 250 мм (ПП) и фасадные (ПФ).

Изготавливают железобетонные изделия на проемы с использованием арматурных закладных изделий 0,4-0,6 см и тяжелой бетонной смеси М 250. Конструктивно перемычки выделяют как несущие и ненесущие. Несущими считаются те, которые несут нагрузку перекрытия помимо массы кладки над ней. К ненесущим относятся такие, которые несут нагрузку собственного веса и тех участков кладки, которые расположены над ними.

По видам различают: брусковые шириной до 250 мм (ПБ), балочные с четвертью для опирания (ПГ), плитные шириной более 250 мм (ПП) и фасадные (ПФ), которые предназначены для перекрытий проемов четвертями с толщиной и шириной части выступающей в проеме кладки более 250 мм. При помощи уровня проверяют опоры и места укладки до начала монтажа и расстилают раствор.

Опирание на кирпичную стену должно быть глубиной не менее 250 мм, на перегородки — не менее 200 мм. Ненесущие элементы с двухметровым пролетом можно укладывать и вручную, тогда как тяжелые несущие стропуются за монтажные петли и устанавливаются краном. Укладку проверяют уровнем. Их собирают из нескольких элементов, чтобы покрыть всю ширину проема кладки, боковые части перемычек входить в плоскость кирпичной стены без выступов. Во время монтажа укладывать перемычки следует только в определенном положении. Несущая способность в зависимости от места расположения арматуры и количества может различаться.

Устройство металлической перемычки

Преимуществом сборных перемычек является скорость монтажа, простота подбора и надежность.

Когда нет возможности установить сборные перемычки, можно смонтировать металлические. Кирпичная кладка отлично держит собственный вес после того, как раствор набрал прочности. Конечно, это в том случае, если отсутствует нагрузка от перекрытия и умеренная ширина окна. Но пока раствор не затвердел и не набрал прочности, над проемом кирпичная кладка нуждается в поддержке. Преимуществом сборных перемычек является скорость монтажа, простота подбора и надежность. Нет необходимости вести расчет. Но они, как мы уже говорили, производятся только в заводских условиях и очень тяжелые. По монолитным железобетонным нужно произвести расчет, подбор высоты и армирования. Изготавливается она сложнее, с применением опалубки. Зато монтаж можно произвести непосредственно на объекте строительства. Ну, а можно установить перемычки из металлических прокатных профилей, таких как углы, швеллеры или двутавры.

при подборе металлических элементов необходимо произвести расчет, чтобы не возникло прогиба перемычки больше допустимого, и определить необходимую прочность подобранных металлических элементов. При этом расчет производится по следующим условиям:

• прочность определяется по формуле,

Мр = 1,12 *W *R,

где Мр — зависит от нагрузки и длины перемычки, а также коэффициента надежности;

W — сопротивления металлического элемента, который берется из справочников. Если перемычки составлены из 2 уголков или 2 швеллеров, то момент сопротивления элемента составного равен сумме каждого из элементов моментов сопротивления;

R — сопротивление стали.

• прогиб определяется по формуле:

Мн * L/(10EI) = 1/200,

где Мн — нормативный момент, зависимый от нагрузки и длины перемычки;

L — расчетная длина, которая равна к сумме ширины в чистоте с третью каждой стороны перемычки длины опирания;

I — момент инерции;

Е — модуль упругости стали;

1/200 — максимально допустимый прогиб.

Расчет для дверных и оконных проемов

Чтобы подобать металлическую перемычку, производят расчет нагрузки от кирпичной кладки на 1 пм перемычки.

Рассмотрим на примере подбор перемычки для дверного, а потом и . Предположим, что проем предполагаемой двери в стене имеет толщину 0,25 мм. Опирание перекрытия проем нести не будет. Над перемычкой высота кладки 0,9 м, а ширина проема 1 м. Подбираем металлическую перемычку. Для этого необходимо произвести расчет нагрузки от кирпичной кладки на 1 пм перемычки, если удельный вес кирпичей 1,8 т/куб.м

q = 0,25*0,9*1,8*1 = 0,41 т/м.

Теперь по формуле определим момент М = qL2/8,

L — расчетная длина;

200 — глубина опирания перемычки. Мн = 0,065 т*м;

L = 1000 + 2*200/3 = 1130 мм;

Мр = 73 кН*см.

Необходимый момент сопротивления по условию прочности:

W = 65/(1,12*21) = 2,76 куб. см.

Момент инерции:

I = 200Мн*L/(10Е) = 7,85 см4.

Применять нужно перемычку, которая состоит из 2 уголков 50*50*5

W = 7,88 куб. см > 0,5*2,76 куб. см, I = 11,2 см4 > 0,5*7,85 см4.

Упрощенный расчет металлической перемычки

Человеку, который сталкивался с сопроматом, разобраться с таким расчетом не составит труда, но для остальных эти понятия могут быть сложными и непонятными. Произведен расчет сечения металлических перемычек для . Расчет состоит из определения нагрузки, действующей на перемычку; определения максимальной изгибающего момента, действующего на поперечное сечение перемычки; подбора сечения перемычки.

Определяем нагрузку на 1 пм перемычки по формуле:

q 1 = p * b * h,

Необходимо произвести расчет сечения металлической перемычки для кирпичной перегородки.

где p (кг/куб. м) — плотность материала перегородки с учетом кладочного раствора и раствора штукатурки. Плотность цементного раствора — до 2200, что нужно учитывать при кладке из пустотелого кирпича, можно умножить плотность материала на 1.1. Плотность полнотелого кирпича составляет 1600 — 1900; плотность кирпича пустотелого составляет 1000 — 1450.

b (м) — толщина стены. Например, кирпичная перегородка в полкирпича будет равна 15 см.

h — высота над перемычкой кирпичной стены с учетом кирпичей, которые пойдут на укладку на уголок в случае с перемычкой из уголков.

Для метрового проема шириной для кирпичной перегородки в полкирпича толщиной нагрузка составит q 1 = 142,5 кг/м.

В данном случае мы провели расчет для перегородки. Для несущих стен необходимо еще учитывать нагрузку от перекрытия.

Требуемый момент сопротивления и расчетная нагрузка

Воспользуемся следующей формулой:

где n — количество металлических профилей;

Плотность цементного раствора- до 2200, можно умножить плотность материала на 1.1.

P — собственный вес на 1 пм профиля, определяемый по сортаменту. Как правило, для перемычек из металла вес не превышает 1-2 % от общего веса стены над перемычкой, поэтому его можно посчитать поправочным коэффициентом 1.1.

Таким образом, для метрового проема кирпичной перегородки в полкирпича толщиной полная расчетная нагрузка равна: q = 157 кг/м.

Теперь подбор необходимого сечения. Для балки, лежащей на 2 опорах, максимальный изгибающий момент будет в середине балки:

М max = (q * 1 кв.м) / 8 = 19,6 кг/м

Для метрового проема шириной в полкирпича требуемый момент сопротивления составит:

W треб = М max / R y = 0,933 куб. см,

где R y — расчетное сопротивление стали равное 2100 кгс/ кв. см

Полученное значение делим на количество профилей, которые будем использовать при устройстве перемычки. Рациональнее использовать для кирпичных перегородок минимум 2 профиля. Wтреб = 0,47 куб.см. Далее в сортаменте выбираем тип профиля и находим значение большее, чем при расчете. Для метрового проема шириной для кирпичной перегородки в полкирпича толщиной достаточно 2 равнополочных уголка 28 * 28 * 3 мм. Опирание металлических перемычек на стенах должно быть не менее 250 мм.

Расчет перемычек для несущих кирпичных стен

Расчет перемычки для несущих стен почти не отличается от предыдущего расчета, только следует определить нагрузку на перемычку и выбрать правильную схему расчета. В случае, если перемычка является несущей балкой над проемом, можно рассчитать ее как балку на шарнирных опорах.

b — в данном случае будет в 2 кирпича, то есть 0,51 — 0,55 м.

Расчет сечения металлической перемычки для кирпичной несущей стены.

h — кладку над перемычкой, которая будет нести нагрузку можно определить как h =L/2. Так, для полутораметрового проема длиной и шириной в 2 кирпича нагрузка составит 755,3 кг/м. Плиты перекрытия весят немало. Можно принимать их вес в пределах 800-1000 кг/кв.м. Пустотные плиты весят примерно 320 кг/кв.м дополнительно 100 кг/кв.м дадут утепление и стяжка. Так, с 6 м пустотными плитами перекрытия нагрузка составит 2400 кг/м. Погонная расчетная нагрузка составит 3167 кг/м. Максимальный изгибающий момент для перемычки, на которую влияет распределенная и сосредоточенная нагрузка, рассчитывается по формуле:

М max = (q * l 2) / 8 + (Q* l) / 4 = 1133,7 кг/м

Требуемый момент сопротивления: Wтреб = (1133,7 * 100)/ (2100 * 2) = 27,0 куб.см

Сделать перемычку можно из стальных горячекатаных уголков, неравнополочных или равнополочных, профильных труб. Для проема 1,5 м длиной и шириной в 2 кирпича 2 неравнополочных уголка 110*70*8 мм достаточно. Вместо 2 требуемых уголков можно применить 4 90*56*5,5. Опирание такой перемычки на стены должно быть не менее 250 мм. Изгибание:

f = (5 * q * L 4) / (384 * E * I z), где

E — модуль упругости равен 2 * 10 10 кг/кв.м — для стали.

I z — момент инерции, согласно сортаменту, по выбранному профилю.

Для перемычки из 2 уголков f = (5 * 3167 * 1,5 4) / (384 * 2 * 10 10 * 2 * 171,54 * 10 -8) = 0,003045 м. По требованиям «Нагрузки и воздействия» СНиП 2.01.07-85 максимальный прогиб для перемычек не должен быть больше 1/200 пролета. Согласно с нашим расчетом 150/200 = 0,75 см. Условие выдержано.

Перекрытия, как известно, могут быть плитными, а могут быть балочными. Первый вариант, конечно, очень надёжен, только вот требует немалых вложений, в том числе и для найма грузоподъёмной техники.

При возведении одно- или двухэтажного частного дома – в том числе и кирпичного, такой прочности вовсе не требуется. К тому же, это лишняя нагрузка на стены и фундамент, поэтому в малоэтажном строительстве в основном устраивают балочные перекрытия.

У тех, кто строит дом своими руками, возникает при этом логичный вопрос: «Как осуществляется опирание деревянной балки на кирпичную стену?». Разбираться в данной теме, мы будем с помощью видео в этой статье.

Деревянные балки и требования к ним

В принципе, балочные перекрытия тоже могут быть разными: железобетонными, металлическими, либо деревянными. Первые два варианта не уступают по техническим характеристикам плитным перекрытиям, но они достаточно сложны для исполнения, и поэтому в частном строительстве практически не используются. А вот деревянные балки — совсем другое дело!

Итак:

• Несмотря на кажущуюся простоту, здесь тоже есть масса нюансов, которые необходимо соблюсти. Прежде всего, следует правильно выбирать пиломатериал. Чаще всего для этой цели используют твёрдую древесину хвойных пород: лиственницу, сосну, ель, кедр. Цена здесь не имеет никакого значения – просто балки из хвойных пород лучше всего работают на изгиб.

• Есть, конечно, поборники лиственной древесины, которые утверждают, что и осина с берёзой прекрасно справляются с такой задачей. Только вот строительные нормы рекомендуют вообще все несущие деревянные конструкции — а не только балки перекрытия, изготавливать из хвойного пиломатериала. Твёрдые породы лиственной древесины, годятся лишь для соединительных деталей (нагелей, шкантов, и т.д.).
• Брус для перекрытия можно, и даже предпочтительно, использовать строганый, а не клееный. Он должен быть хорошо просушен и обработан перед монтажом огнебиозащитным составом. В отапливаемых зданиях, цельные балки должны монтироваться без пересечения со стенами и перегородками, а конструкция перекрытия, как таковая, должна гарантировать им хорошую вентиляцию.

• Глухая (монолитная) заделка балок в стены не допускается – их укладывают в гнёзда, и обязательно на амортизирующие прокладки из лиственной древесины. Концы балок, монтируемых с помощью металлического крепежа, должны быть защищены влагонепроницаемым слоем, так как при образовании конденсата, коррозия металла может повлечь за собой и коррозию древесины.

Но прежде, чем приступить к монтажным работам, несущие элементы перекрытия нужно рассчитать. Поэтому далее вашему вниманию будет предложена инструкция по подбору сечения балок и определению шага их установки.

Размеры балок и способы их монтажа

Итак, вам необходимо определить, сколько всего балок требуется установить, и какого размера в сечении они должны быть. Прежде всего, необходимо замерить величину пролёта перекрытия, и, определившись с глубиной их закладки в стены, рассчитать эксплуатационные нагрузки.

Итак:

• Длина балок зависит от варианта их крепления . Если концы будут закладываться в стену, то получить их длину можно путём сложения величины пролёта, и удвоенной глубины заложения балки (на два торца). В блочных и кирпичных домах, глубина гнёзд для закладки балок составляет не менее 10-15 см, что зависит от их размера.

• Если балки будут крепиться к стенам с использованием металлических хомутов или консолей, то их длина соответствует расстоянию между параллельными стенами . Тут многое зависит от того, где именно обустраивается перекрытие: над подвалом, между этажами, или на чердаке. Иногда, при обустройстве чердачных перекрытий, балки выпускают наружу, за пределы стен, монтируя к ним стропильные ноги.
• Это один из способов формирования свеса кровли . В другом варианте, балки бесчердачного перекрытия могут монтироваться непосредственно к мауэрлатному брусу – что мы и видим на фото снизу. Естественно, длина балок при одинаковом пролёте, в таких ситуациях будет разной, и при расчёте составляющих элементов перекрытия, все эти нюансы должны быть учтены.

Обратите внимание! Максимальная длина балок из бруса или обрезной доски, составляет 6м. Если нужно перекрыть пролёт большего размера, лучше отдать предпочтение металлическим двутавровым балкам, или уже вместо балок придётся использовать деревянные фермы. Но вообще, для деревянного перекрытия и шесть метров многовато – самый оптимальный вариант – пролёт в пределах 3-4м.

Нагрузки

Нагрузка, которую воспринимает перекрытие, складывается из двух составляющих: собственный вес конструкции, и эксплуатационная нагрузка (люди, мебель, оборудование). Подсчитать её можно по упрощённой схеме.

Например, собственный вес чердачного перекрытия с лёгким минераловатным утеплителем, традиционно составляет 50 кг/м2.

Итак:

• По нормам, эксплуатационная нагрузка для нежилого чердака, в котором не складируются вещи, составляет не более 70 кг/м2. Она умножается на коэффициент запаса, принимаемый как 1,3, и суммируется с постоянной нагрузкой. После всех манипуляций, в итоге получается 130 кг/м2. Эту цифру требуется округлить в большую сторону — то есть, до 150 кг/м2.

• Но для утепления чердака может использоваться и более тяжёлый материал, например, керамзит – и естественно, его вес нужно тоже учитывать. Картина резко меняется, если чердак превращается в жилую мансарду. В этом случае, нормативная эксплуатационная нагрузка составляет уже не 70, а 150 кг/м2.
• Сюда нужно прибавить ещё и вес монтируемого в нижнем помещении подвесного потолка, и закладываемых в него инженерных коммуникаций — а это ещё, как минимум, 15-25 кг. Учитывать следует и вес напольного покрытия, и вес зонирующих перегородок, если таковые будут возводиться в верхнем помещении.

Все дополнительные нагрузки, должны быть приплюсованы к нагрузке нормативной, а вот собственный вес перекрытия, и коэффициент запаса принимаются те же. Расчёт нагрузок производится аналогично, по той же формуле, о которой было сказано выше.

Идеальный вариант, если цокольное и междуэтажное перекрытие будет рассчитано на 400кг/м2 – тогда оно с лёгкостью выдержит и массивную мебель, и фортепиано, и наплыв гостей.

Сечения

После того, как вы рассчитали длину балок и воспринимаемые ими нагрузки, можно приступать к подбору сечения. Удобнее всего для этой цели использовать брус прямоугольного сечения – при этом оптимальным считается соотношение сторон 1,35:1.

Так как в конструкцию перекрытия закладывается плитный утеплитель, то ориентироваться нужно по его толщине, плюс небольшой вентиляционный зазор.

• Шаг между балками, опять же должен быть соотнесён с размером теплоизоляционных плит, только теперь с их шириной. Но если быть более точными, то скорее наоборот, утеплитель подбирается под конструкцию перекрытия. Расстояние между балками и их сечение, можно подобрать по такой вот таблице, которую мы приводим далее.

Это упрощённый способ подбора, поэтому не стоит забывать, что страховка никогда не мешает. Поэтому всегда лучше увеличить запас, и все значения округлять в большую сторону.

Шаг между балками определяется с таким расчётом, чтобы крайний брус оказался не вплотную к стенам или мауэрлату, а между ними оставалось расстояние не менее 20 см.

Нюансы установки

Мы уже говорили о том, что монтаж балок может производиться двумя способами: путём закладки в специально предусмотренные в кладке гнёзда, и креплением хомутами, либо другими металлическими приспособлениями.

Итак:

• Рассмотрим первый способ. Для этого концы потолочного бруса нужно подрезать под углом 60 градусов, и обработать их битумной мастикой или любым другим гидрофобным составом, а затем ещё и обернуть их рулонным материалом: пергамином или рубероидом.

• Перед установкой балки, около задней стенки монтажного гнезда, укладывают кусок пенопласта или другого утеплителя — под балкой обязательно должна быть деревянная прокладка. Потолочный брус закладывают в гнёзда так, чтобы между его торцом и задней стенкой гнезда, оставалось ещё несколько миллиметров зазора.
• Очень удобен способ монтажа балок перекрытия на металлическую консоль, и на схеме, приведённой выше, показан узел её опирания. И ещё, обратите внимание, что для надёжности между балками монтируются поперечины, соединяемые с ними посредством металлических уголков.

Получается своеобразный каркас, который снизу подшивается доской или гипсокартоном. Затем, со стороны верхнего помещения, в него закладывается «начинка»: пароизоляция и утеплитель, после чего сверху балок монтируют жёсткий листовой материал: плиты OSP, ЦСП, фанеру, ДСП. Далее обустраивается напольное покрытие верхнего этажа – но это уже совсем другая тема.