Как правильно выбрать швеллер для перекрытий, расчеты на изгиб. Расчет металлической балки перекрытия Швеллер в качестве балки перекрытия

Швеллер - это один из видов фасонного стального проката. В поперечном сечении он имеет форму буквы «П». Такая форма обеспечивает швеллеру такие показатели жесткости, которые делают возможным его употребление в самых разных отраслях - от тяжелого машиностроения до строительства дачных домиков. Швеллеры применяются в автомобиле- и вагоностроении, из них делают различные опоры и ограждения, ими укрепляют входные ворота и оконные проемы.

Номера, литеры и ГОСТы

По способу производства бывает гнутый и горячекатаный профиль. Различить их легко даже не специалисту - горячекатанный швеллер имеет четко выраженное ребро, а гнутого швеллера оно будет несколько закругленным. Прочие особенности различных видов швеллера определяются уже по их маркировке.

В частности, литеры А,Б и В в отношении партий горячекатанных швеллеров будут обозначать, что прокатка производилась с высокой (А), повышенной (Б) или обычной точностью (В).

Номер швеллера обозначает высоту его сечения, выраженную в сантиметрах.

Ширина профиля соответствует ширине полки и может колебаться в промежутке от 32 до 115 мм. Маркировка швеллера, например 10П, отражает его высоту и тип профиля. Высота сечения швеллера - это вообще главный параметр в его маркировке. Номер швеллера - это его высота с сантиметрах, а соседствующие с ним буквы обозначают, что сечение швеллера может быть:

1) с уклоном граней (серии У и С), где У - это уклон, а С или Сб - специальные серии. 2) с параллельными гранями (серии П, Э и Л), где Э означает экономичную серию, а Л - легкую. Литеры С (например - 18С, 20С и т.д.), можно встретить в изделиях, предназначенных для автомобильной промышленности или для строительства железнодорожных вагонов (ГОСТ 5267.1-90). Встречаются еще иногда и экзотические виды швеллеров. Например, ГОСТ 21026-75 определяют параметры швеллеров с отогнутой полкой (их используют при производстве вагонеток для шахт и рудников).

Самые востребованные размеры швеллеров

Наибольшей популярностью у потребителей пользуются швеллеры с номерами от 8 до 20 Их геометрические параметры в категориях П (то есть с параллельными гранями) и сериях У (с уклоном внутренних граней) совпадают, разница наблюдается только в радиусах закругления и углах наклона полок.

Применяется в основном для укрепления конструкций внутри зданий бытового и производственного назначения. При его производстве используются полуспокойные (3ПС) и спокойные (3СП) углеродистые стали, для которой характерна отличная свариваемость.

Широко используется в машиностроении, станкостроении и в других областях промышленности. Он также успешно используется при возведении мостов, стен и несущих опор при строительстве корпусов производственных зданий.

Очень схож со швеллером «восьмеркой», но имеет более высокие прочностные характеристики и несущую способность, что позволяет снижать металлоемкость конструкций, возводимых с его участием.

Один из наиболее востребованных типов швеллеров. используется в строительных конструкциях для жесткого армирования несущих деталей, придавая им металлоконструкции особую прочность и жесткость. Швеллер 14 бывает обычной точности и повышенной.

Швеллер 20 выступает как несущий элемент при усилении мостов, при армировании перекрытий (в том числе и сложном) многоэтажных домов, в кровельных прогонах.

Благодаря высоким эксплуатационным качествам, «двадцатка» часто применяется в конструкциях с высокими нагрузками - как динамическими, так и статическими.

Встречаются и нестандартные применения швеллеров. Перфорированный (то есть «дырчатый») швеллер позволяет, к примеру, монтировать металлические конструкции без проведения сварочных работ, что значительно сокращает время монтажа. Для перфорации лучше всего подходят швеллеры с большой высотой полок и широким расстоянием между ними. Такие изделия обозначаются буквами ШП - «Швеллер Перфорированный» и чаще всего применяются при строительстве временных конструкций (например - строительных лесов) или складских стеллажей.

Для создания таких сооружений лучше подходят швеллеры с малыми номерами, поскольку вес стеллажа (а значит и швеллера, из которого он собран) не должен быть слишком большим.

При внутренней отделке помещений швеллеры используются в качестве «охранного» каркаса при прокладке проводов электросетей высокого напряжения.

Иногда швеллеры используют еще в качестве направляющего грузоподъемного устройства, в том числе, как пандусы для колясок и тележек.

В общем, применение швеллеров может быть разнообразным, но все-таки главное их назначение - это укрепление конструкций и способность выдерживать длительные нагрузки.

Сколько может весить швеллер

Условные обозначения в маркировке швеллера - как в них разобраться?

А поскольку главное назначение швеллера состоит в том, чтобы выдерживать нагрузки, то из его маркировки прежде всего требуется узнать параметры, которые позволят эту нагрузку рассчитать, а именно - состав стали, ее прочность, качество прокатки и так далее.

Что же можно узнать из маркировки?

К примеру, перед нами упаковка горячекатанных швеллеров, на которой написано: 30П-В ГОСТ 8240-97/Ст3сп4-1 ГОСТ 535-88

Это значит, что перед нами швеллер 30П - то есть с параллельными гранями и высотой сечения 30 см. Буква В указывает на обычную точности прокатки В, выполненный из стали Ст3, четвертой категории, первой группы.

Тот же швеллер, но только из стали 09Г2С повышенной точности прокатки получит обозначение 30П-Б ГОСТ 8240-97/345 ГОСТ 19281-89 , в котором 345 будет означать прочность стали, соответствующую сорту 09Г2С.

А вот в маркировке А 300х80х6 Б ГОСТ 8278-83/2-Ст3сп ГОСТ 11474-76 буква А будет обозначать высокую точность профилирования стальной заготовки (штрипсы) из второй категории стали Ст3сп, из которой изготовлен равнополочный швеллер размерами 300х80х6 (где 300 мм - высота сечения изделия, 80 мм - ширина полок, а 6 мм - толщина полок и стенок)

Виды нагрузок и швеллеров

Вид А. «Козырек над подъездом». К такому типу относятся балки, где имеются жесткие заделки. Нагрузка обычно поступает равномерно. Это могут быть козырьки над подъездами. Для их изготовления применяют сварку. Делают из двух швеллеров, присоединенных к стене, а пространство заполняется железобетоном.

«Межэтажные перекрытия»Жестко закрепленные однопролетные балки, нагрузка на которые распределена равномерно. Обычно это балки перекрытий между этажами.

«Шарнирная балконная опора». Балки имеют две опоры с консолью, нагрузка между ними распределяется равномерно, но они выпущены за пределы наружных стен. Это необходимо для создания опоры балконных плит.

«Под две перемычки». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, на которых действуют две сосредоточенные силы. Обычно это перемычки, на которые опирается другая пара балок-перекрытий.

«Под одну перемычку». Это однопролетные шарнирно-опертые балки, где сосредоточена одна сила. Обычно это перемычки, на которые опирается одна балки другого перекрытия.

После того как будет уточнено к какому виду относится данный швеллер и куда будет идти основная нагрузка подбирается формула расчета.

Прикидочный способ расчета нагрузки на швеллер

Чтобы произвести расчет надо сделать следующее:

Сперва определить полную нагрузку, которая будет действовать на балку – и умножить ее на нормативный коэффициент надежности по нагрузкам.

Полученный результат умножить на шаг балок (в данном случае это касается швеллеров).

Все данные для швеллера берутся по ГОСТу.

Формула такова: изгибающий момент Мmax будет равен расчетной нагрузке умноженной на длину швеллера в квадрате. Единица измерения - килоНютоны на метр. (1 кНм = 102 кгсм)

Затем перейти к вычислению нужного момента сопротивления балки.

Формула такова: момент сопротивления Wтр будет равен Мmax, который умножен на коэффициенты условий работы и поделен на 1,12 (это коэффициент для учета пластически деформаций).

Таким образом получим требуемое сечение. Но при этом нужно помнить, что номер швеллера должен быть больше требуемого момента сечения.

Начнем с того, что такое перекрытие?

Перекрытие — это такая конструкция, которая разделяет по высоте смежные помещения.

Говоря простым языком, перекрытие — это конструкция для образование этажей, как для отделения жилого помещения от чердачного и подвального, так и для отделения жилых помещений. Отличают между собой междуэтажное, цокольное, подвальное и величина выдерживаемой нагрузки (ее определяет тип балок и расстояние между балками перекрытия), а также обшивка балок.

Арматурный каркас под монолитное междуэтажное перекрытие

Требования к перекрытиям

Конструкция должна обладать необходимой прочностью для того, чтобы выдерживать не только нагрузку своего веса, а и дополнительную — такую как вес людей, мебели, оборудования. Величина предполагаемой нагрузки на один квадратный м перекрытия определяется в зависимости от того, как используется помещение.

Выполняется соответствующий расчет. Вот какие могут быть нагрузки:

• для цокольного перекрытия и междуэтажного — не менее 210 кг нагрузки на кв. м площади перекрытия.

Исходя из этого, определяется, какой использовать брус, и как его укладывать.

Нагрузка на один квадратный метр цокольного перекрытия должна быть не менее 210 кг.

Перекрытия должны быть достаточно жесткими для того, чтобы не образовывались прогибы. Брус деревянных перекрытий можно использовать как лаги для пола следующего этажа. Чтобы определить, какой использовать брус, необходимо немного соприкоснуться с сопроматом. Выполняют такой расчет лаг, обычно, архитекторы, а те, кто хочет строить своими руками — пользуются таблицами.

При реконструкции или строительстве нового элемента разделения помещений необходимо позаботится о звукоизоляции. Как это сделать и какие к звукоизоляции требования — это определяют нормативные строительные документы. Для этого требуется тщательно закрывать имеющиеся щели на стыках элементов конструкции и применять соответствующие материалы, чтобы заполнить расстояние между балками.

Перекрытия, которые разделяют помещение, имеющие, при этом, разницу в температуре, должны соответствовать теплозащитным требованиям нормативных документов. Для этого используем утеплители, которые укладываются между балками. Их количество определяет расчет. Чтобы лаги не стали мостиками холода, к выбору материала лаг необходимо подходить с соответствующими знаниями.

Схема балочного перекрытия, состоящего из балок и внутреннего заполнения.

Любая конструкция перекрытия должна противостоять длительному огненному воздействию. Предел огнестойкости у различных конструкций колеблется от 15 до 50 минут. Железобетонные перекрытия, в этом смысле — самые стойкие, деревянные — самые слабые. Поэтому, прежде чем использовать деревянный брус, необходимо осуществить пропитку древесины бруса соответствующим огнестойким материалом или использовать оштукатуривание готовой конструкции.

Вернуться к оглавлению

Виды перекрытий

По типу конструкции выделяют два типа перекрытия. Первый тип — это балочное. Оно состоит из балок и внутреннего заполнения. Второй тип — безбалочная конструкция. Безбалочное выполняется из однородных элементов, таких как плиты-настилы или панели-настилы.

Вернуться к оглавлению

Балочные деревянные перекрытия

Каркасом такого перекрытия являются деревянные балки (лаги), которые следует крепить на равномерном расстоянии друг от друга. Расчет этого расстояния производится в зависимости от сечения балки и ширины пролета между опорными стенами.

Специалисты уже давно произвели такой расчет. Расстояние между подскажет таблица:

Конструкции балочных деревянных перекрытий прекрасно подойдут для постройки частного загородного дома.

К сожалению, это не все недостатки перекрытия, использующего металлические конструкционные материалы. Еще к недостаткам такого перекрытия следует отнести:

1. Образование ржавчины во влажных помещениях.
2. Необходимость в грузоподъемных механизмах при монтаже.
3. Хорошая звуко- и теплопроводность (с этими недостатками борются путем обертывания торцов металлических конструкций войлоком).

Накат на таких балках бывает не только из досок, но и из плит. Это могут быть облегченные железобетонные плиты или плиты из других легких и прочных строительных материалов — их применение регламентирует расчет.

Чтобы избежать коррозии несущих балок, используют железобетонные балки перекрытия. Такие балки укладывают на расстоянии 0,6 -1,0 м. Заполняют пространство между балками легкобетонными плитами или легкобетонными блоками. Поверх такого перекрытия делают стяжку под пол, а потолок штукатурят под побелку, покраску или обои.

Вернуться к оглавлению

Безбалочные перекрытия

Выполняют, одновременно, и несущую, и ограждающую (разделяющую) функции. В их конструкции нет балочных ригелей, и состоят они из монолитной плиты или нескольких плит или панелей. Существует три разновидности безбалочных перекрытий:

1. Сборные.
2. Монолитные.
3. Сборно-монолитные.

Сборные перекрытия нельзя смонтировать своими руками, так как для этого требуется грузоподъемный механизм и стропальщики. Зато такое перекрытие быстро собирается и выдерживает большие нагрузки. Собирается оно из пустотелых или П-образных железобетонных плит. Для монтажа покрытий могут использоваться лаги из дерева.

Своими руками, чаще всего, изготавливают . Его можно выполнять постепенно и неспеша. Самым трудоемким и ответственным этапом в его выполнении является монтаж подвесной опалубки и армирование. Заливка слоя бетона в 8 — 12 см, по сравнению с этими кропотливыми работами, кажется отдыхом. Заливают бетон марки М200 своими руками, арматуру используют любую.

Для настилания пола на такую конструкцию, желательно, уложить деревянные лаги. Для настила линолеума или плитки лаги укладывать не надо.

1. Сбор нагрузок

Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.

• собственный вес металлической балки;
• собственный вес перекрытия и т.д.;

• длительная нагрузка (полезная нагрузка, принимается в зависимости от назначения здания);
• кратковременная нагрузка (снеговая нагрузка, принимается в зависимости от географического расположения здания);
• особая нагрузка (сейсмическая, взрывная и т.д. В рамках данного калькулятора не учитывается);

Нагрузки на балку разделяют на два типа: расчетные и нормативные. Расчетные нагрузки применяются для расчета балки на прочность и устойчивость (1 предельное состояние). Нормативные нагрузки устанавливаются нормами и применяется для расчета балки на прогиб (2 предельное состояние). Расчетные нагрузки определяют умножением нормативной нагрузки на коэффициент нагрузки по надежности. В рамках данного калькулятора расчетная нагрузка применяется при определении прогиба балки в запас.

После того как собрали поверхностную нагрузку на перекрытие, измеряемой в кг/м2, необходимо посчитать сколько из этой поверхностной нагрузки на себя берет балка. Для этого надо поверхностную нагрузку умножить на шаг балок(так называемая грузовая полоса).

Например: Мы посчитали, что суммарная нагрузка получилась Qповерхн.= 500кг/м2, а шаг балок 2,5м. Тогда распределенная нагрузка на металлическую балку будет: Qраспр.= 500кг/м2 * 2,5м = 1250кг/м. Эта нагрузка вносится в калькулятор

Далее производится построение эпюры моментов, поперечной силы. Эпюра зависит от схемы нагружения балки, вида опирания балки. Строится эпюра по правилам строительной механики. Для наиболее частоиспользуемых схем нагружения и опирания существуют готовые таблицы с выведенными формулами эпюр и прогибов.

После построения эпюр производится расчет по прочности (1 предельное состояние) и прогибу (2 предельное состояние). Для того, чтобы подобрать балку по прочности, необходимо найти требуемый момент инерции Wтр и из таблицы сортамента выбрать подходящий металлопрофиль. Вертикальный предельный прогиб fult принимается по таблице 19 из СНиП 2.01.07-85* (Нагрузки и воздействия). Пункт2.а в зависимости от пролета. Например предельный прогиб fult=L/200 при пролете L=6м. означает, что калькулятор подберет сечение прокатного профиля (двутавра, швеллера или двух швеллеров в коробку), предельный прогиб которого не будет превышать fult=6м/200=0,03м=30мм. Для подбора металлопрофиля по прогибу находят требуемый момент инерции Iтр, который получен из формулы нахождения предельного прогиба. И также из таблицы сортамента подбирают подходящий металлопрофиль.

Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается металлопрофиль с большим номером сечения.

Обеспечивает устойчивость не только надёжным фундаментом, но и системой прочных перекрытий. Они необходимы также в любом для того, чтобы под ним оборудовать подвал или гараж, а над ним возвести крышу. Перекрывающие конструкции занимают до 20 и более процентов всех расходов на строительство. Поэтому их монтаж – дело очень серьёзное и ответственное.

Монтаж межэтажных перекрытий в доме из бруса

• Межэтажные;
• Цокольные;
• Подвальные.

Наибольшая нагрузка в доме выпадает на подвал и цоколь. Их горизонтальные перегородки должны выдерживать вес предметов кухонного оборудования, а также тяжесть внутренних стен, разделяющих первый этаж на прихожую, столовую.

Схема для обустройства бетонных межэтажных перекрытий

К тому же они вместе с фундаментом должны обеспечивать устойчивую жёсткость корпуса из любого материала: дерева, кирпича, газобетона. У некоторых возвышается над уровнем земли. Если он отапливаемый, то перекрывающая его конструкция практически ничем не отличается от межэтажных устройств.

У горизонтальной перегородки, призванной разделять этажи, нагрузка сравнительно небольшая: собственный вес, мебель, жильцы. Важно, чтобы для комфортного проживания она имела хорошую звукоизоляцию. или эта проблема не такая уж острая. Для них важным является влогоизоляция и утепление.

Виды перекрытий по материалу

• Деревянные;
• Железобетонные;
• Металлические.

Однако в некоторых случаях при строительстве дома можно обойтись без них, потому что по конструктивному устройству используются следующие виды перекрытий:

Одни перекрывающие системы держатся на горизонтальных балках. Для монтажа других балок они не требуются, достаточно плит нужных размеров, заказанных на заводе. Укладываются в доме с использованием грузоподъёмной техники. А монолитные перекрытия заливаются прямо на стройплощадке. Сборно-монолитные устройства между этажами – это сочетание балочных опор и бетонного монолита.

Кессонные горизонтальные конструкции используются обычно для обустройства потолка. На нижней их стороне имеются рёбра, составляющие прямоугольники, в совокупности напоминают поверхность вафли. В частном домостроении используются очень редко. А шатровое перекрытие – это плоская плита, окаймлённая рёбрами. Обычно её одной достаточно для потолка всей комнаты, под размер которой она изготавливается.

Арочные устройства необходимы тогда, когда требуется перекрыть фигурные пролёты домов. В частных одно и двухэтажных домах используются плиты газобетона. Перекрывающая конструкция из него обладает очень хорошей звукоизоляцией, долго сохраняет тепло, поэтому в межэтажных перегородках дополнительное утепление может быть лишним. Материал лёгкий, без запаха, от него не исходят какие-либо испарения или вредные вещества.

Огнестойкость его также очень высокая. Но ему нужна эффективная гидроизоляция, так как он хорошо впитывает влагу окружающей среды.

В строительной практике используются перегородки со смешением различных материалов. Деревянные балки, чтобы повысить прочность, усиливают металлом. У монолитных конструкций применяется разнообразная не съёмная опалубка. Иногда их основная часть – это пустотелые бетонные панели, а потолок полукруглого эркера – плиты газобетона, которым легко придать любую форму и толщину при помощи ручной пилы.

Вариант конструкции перекрытия из газобетонных блоков

Такое разнообразие материалов расширяет архитектурные возможности перекрывающих устройств, их звукоизоляцию и утепление.

Требования к перекрытиям

Ко всем межэтажным устройствам предъявляются общие требования:

1. Прочность – способность выдержать вес всех элементов здания.
2. Жёсткость, позволяющая не прогибаться под тяжестью собственного веса, тяжёлых вещей на этаже.
3. Эффективная теплоизоляция и звукоизоляция перекрытий.
4. Огнестойкость, которая характеризуется устойчивостью к огню в течение некоторого времени.
5. Срок эксплуатации, соответствующий примерно времени использования всего здания.

Балки из дерева

В строительстве загородных домов имеют широкое распространение лиственничные или сосновые цельные балки. Применяются для монтажа перекрытий шириной в 5 м. А для больших пролётов используются клеёные, прочность которых значительно выше.

Монтаж перекрытий из деревянных балок

Оцилиндрованный брус – замечательный стройматериал для перекрытий. Его укладывают северной стороной книзу, определив её на торце по плотности годичных колец в деревянном бревне. На Руси издавна строили избы более прочным боком кругляка наружу.

Высокой прочностью обладает деревянный двутавр. Его профиль – буква «Н», склеенная в заводских условиях из трёх деталей. Некоторые умельцы собирают его в домашней мастерской или на даче. Межэтажные перегородки с их использованием обеспечивают эффективное утепление и замечательную звукоизоляцию.

Схема конструкции деревянных перекрытий из бревен

Очень удобны не только для подшивки потолка, укладки изолирующих материалов и настила чернового пола, но и для монтажа всех коммуникаций. Ниши в двутавре будто специально предназначены для скрытой прокладки труб водопровода, газопровода и электропроводов.

Используются балки из дерева практически в любом малоэтажном жилище: деревянном, блочном. Но больше всего они подходят строениям из блоков газобетона. Этот материал пористый, по прочности уступает всем другим и не выдерживает точечной нагрузки несущих балок. Поскольку древесина нетяжёлая, её вес вполне выдерживают газоблочные стены. Монтаж перекрывающей конструкции возможен без привлечения сложных технических средств. А обойдётся она застройщику сравнительно недорого.

Укладка деревянных балок

Строители знают о недостатках дерева и стараются свести их к минимуму. Перед монтажом перекрытия все деревянные детали обрабатывают антисептиками, предотвращающими гниение, повреждения насекомыми. Места соприкосновения балок из бруса с кирпичом, бетонными плитами и блоками газобетона изолируют различными материалами.

А чтобы повысить пожарную безопасность, древесину подвергают обработке растворами, не позволяющими ей вспыхнуть сразу же при появлении открытого огня.

Монтаж межэтажных конструкций начинают с заранее подготовленных несущих балок. Они укладываются параллельно короткой стене жилища. Шаг укладки зависит от ширины пролёта, но в среднем он равняется 1 м. Дальше потребуются несложные материалы, обеспечивающие утепление, а также не обойтись без следующих инструментов:

Процесс укладки деревянного перекрытия из балок и досок

• пилы;
• молотка;
• монтажного ножа;
• рулетки;
• строительного степлера.

Балки укрепляют анкерами в нишах кирпичной стены. Но перед закладкой делают косой срез на торцах бруса и пропитывают его антисептиком. Область соприкосновения древесины с кирпичом просмаливают, оборачивают рубероидом. Концы опор в нишах должны закрываться наглухо. Щели можно ликвидировать монтажной пеной.

Затем на несущие балки укладывают лаги для пола, а под них, чтобы уменьшить колебание конструкции, кладут резиновые прокладки. Снизу выполняют подшивку для потолка. Чердачным и подвальным перекрывающим устройствам необходимо утепление. Межэтажным перегородкам без него можно обойтись, но хорошая звукоизоляция обязательна.