Металлические швеллера для перекрытия в деревянном доме. Строительство межэтажных перекрытий в частном доме. Усиление деревянных элементов

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.

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.

Калькулятор

Калькуляторы по теме:

Инструкция к калькулятору

Исходные данные

Условия эксплуатации:

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.

Характеристики 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.

Другие параметры:

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.

При строительстве жилых зданий и прочих сооружений каждый сталкивается с необходимостью правильного расчета и монтажа перекрытия. Перекрытие представляет собой горизонтальную конструкцию, находящуюся внутри здания, которая делит его на смежные помещения по вертикали (этажи, чердак и т.п.). Кроме того, данная конструкция является несущей, так как она воспринимает все нагрузки, приходящие от мебели, людей, оборудования и самого перекрытия и передает их либо на стены, либо на колонны (зависит от типа сооружения).

Виды перекрытий

По назначению перекрытия можно разделить на:

• цокольные - отделяют первый этаж здания от цокольного этажа или подвала
• межэтажные - направлены на разделение между собой этажей здания
• чердачные. Первые. Из названия второго вида следует, что они. Последние отделяют чердачное помещение от жилого здания.

В зависимости от конструктивных особенностей перекрытия их можно разделить на плиточные и балочные:

• Плиточные перекрытия чаще всего монтируют в крупногабаритных каменных домах с использованием железобетонных плит.
• Балочные перекрытия используются при строительстве малоэтажных жилых домов. Для их монтажа могут применяться металлические или деревянные балки.

Швеллер для перекрытий

Рассмотрим более подробно конструкции из швеллера для перекрытия в качестве несущей основы. Именно они воспринимают всю нагрузку, приходящуюся на полы второго этажа. Если для монтажа перекрытия используется П-образный прокат, то необходимо учесть следующие моменты:

• швеллер необходимо укладывать вертикально, так как момент сопротивления сечения в это направлении в несколько раз превышает значение момента в противоположном
• схема укладки следующая – от середины перекрытия профиль должен быть развернут в противоположном направлении, так как центр тяжести швеллера не принадлежит его стенке

Такая схема укладки необходима для компенсации тангенциальных напряжений. Следует помнить, что швеллеры для перекрытия подвержены изгибным напряжениям.

Расчет на изгиб швеллера для перекрытий

Произведем расчет швеллера для перекрытия исходя из следующих условий. Имеется помещение, размером 6х8 м. Шаг хлыстов швеллера перекрытия составляет р = 2 м. Логично предположить, что швеллер следует укладывать вдоль короткой стены, что позволит снизить максимальный изгибающий момент, действующий на него. Нормативная нагрузка на один квадратный метр составит 540 кг/м2, а расчетная – 624 кг/м2 (согласно СНиП, учитывая коэффициенты надежности для каждой составляющей нагрузки). Пусть швеллер перекрытия с каждой стороны опирается на стену длиной 150 мм. Тогда рабочая длина швеллера будет составлять:

• L = l+2/3∙lоп∙2 = 6+2/3∙0,15∙2 = 6,2 м

Нагрузка на один погонный метр швеллера составит (нормативная и расчетная соответственно):

• qн = 540∙р = 540∙2 = 1080 кг/м = 10,8 кН
• qр = 540∙р = 624∙2 = 1248 кг/м = 12,48 кН

Максимальный момент в сечении швеллера будет равен (для нормативной и расчетной нагрузки):

• Мн = qн∙L2/8 = 10,8∙6,22/8 = 51,9 кН∙м
• Мр = qр∙L2/8 = 12,48∙6,22/8 = 60 кН∙м

Определим необходимый момент сопротивления сечения по выражению:

• Wтр = Мр/(γ∙Ry)∙1000, где

Ry = 240 МПа – сопротивление стали С245, расчетное
γ = 1 – коэффициент условий работы

Тогда Wтр = 60/(1∙240)∙1000 = 250 см3

Подбор сечения и проверка на жесткость швеллера

По справочнику (см. ГОСТ 8240-97 или ГОСТ 8278-83) подбираем профиль швеллера, который имеет момент сопротивления больше расчетного. В данном случае подходит швеллер 27П, Wx = 310 см3, Ix = 4180 см4. Далее необходимо осуществить проверку на прочность и жесткость на изгиб швеллера (прогиб хлыста).

Проверка на прочность:

• σ = Мр/(γ∙Wx)∙1000 = 60∙1000/(1∙310) = 193 Мпа< Ry = 240 МПа, что подтверждает условие прочности

Проверка на жесткость, изгиб швеллера где относительный прогиб f/L должен быть менее 1/150 и определяется по выражению:

• f/L = Мн∙L/(10∙Е∙Ix) = 60∙103∙620/(10∙2,1∙105∙4180) = 1/236<1/150

Условие жесткости обеспечивается. Следовательно, данный швеллер можно использовать для перекрытия по описанной схеме. Уменьшить номер швеллера можно, если хлысты укладывать с меньшим шагом.

Одним их основных конструкционных элементов, применяющихся для устройства перекрытий чердаков или помещений второго этажа в основном в малоэтажном индивидуальном строительстве, является деревянная или металлическая балка, выполняющая одновременно функции лаги пола и основы для крепления потолочных покрытий. Широкому распространению балочных перекрытий способствовали небольшая стоимость исходных строительных материалов и возможность устройства перекрытий без применения грузоподъемных механизмов.

Прогиб лаг

Заходя в некоторые, особенно старые, дома даже невооруженным глазом можно заметить прогиб потолков второго, или, что бывает реже, пола первого этажа, являющийся следствием неправильного расчета несущей способности лаги или превышения допустимой нагрузки на перекрытия. Как позывает практика эксплуатации многоэтажных домов постройки первой половины 50-х годов ХХ века, где использовались деревянные межэтажные перекрытия, к 2000-му году величина прогиба потолков составляла от 70 до 100 мм, что приводило к необходимости проведения капитальных ремонтов здания с усилением несущих элементов перекрытий. И это при условии, что проводится точный инженерный расчет нагрузок и сечения лаг на стадии проектирования. А что говорить об индивидуальной застройке, когда расчет несущей способности лаги производился «на глазок» по совету «грамотных» специалистов.

Очень часто на величину прогиба лаг влияет и качество применяемого материала, избыточная влажность древесины, недостаточная толщина металлопроката, из которого изготовлена балка, и еще множество различных причин, приводящих к провисанию, к примеру, перекрытия второго этажа под нагрузкой. Неверный расчет несущей способности может привести не только к возникновению прогиба лаги, но и полному разрушению конструкции и обрушению этажа вниз, причем когда этого никто не ожидает.

Когда необходимо усиливать лаги?

Если хозяин дома заметил провисание верхнего этажа, то первое, что необходимо сделать, провести несложные измерения и оценить состояние конструкций, величину статической нагрузки, чтобы определить величину провисания потолка или изменения кривизны пола для принятия решения о необходимости усиления лаг.

Любые перекрытия под действием собственного веса, статической нагрузки установленных на них конструкций и предметов прогибаются с течением времени. Допустимая величина провисания принимается 1:300, то есть, если трехметровая балка прогнулась на 10 мм, поводов для беспокойства нет, но если эта величина больше, то необходимо принимать меры к устранению деформации и усилению конструкции.

Усиление металлоконструкций

Металлические конструкции, использованные в качестве балок межэтажного перекрытия, можно усилить при помощи дополнительных изделий из металлопроката при помощи сварки или болтового соединения. Для этого разбирается поверхность пола или потолка, если необходимо, под балки перекрытия заводятся регулируемые подпорки для устранения деформации, и производится усиление конструкции стандартными изделиями из металлопроката необходимого сечения, расчет которого выполняется с применением специальных таблиц и методик.

Усиление деревянных элементов

Существующие конструкционные элементы деревянного перекрытия в зависимости от их состояния можно усилить несколькими способами:

1. При помощи накладок из бруса, выполнив несложный математический расчет, когда из табличного значения сечения необходимой балки перекрытия отнимается ширина существующего бруса. Брус и балка скрепляются при помощи болтов с металлическими накладками, препятствующими разрушению древесины в месте крепления и ослаблению конструкции. Существующая балка приподнимается домкратами до получения ровной поверхности пола, после чего накладка и балка скрепляются между собой;
2. Используя в качестве накладок металлические полосы толщиной 10 мм и шириной на 10-20% меньше высоты бруса. Для предотвращения деформации полосы и снижения прочности количество крепежных болтов должно быть увеличено на 25% по сравнению с деревянными элементами. Накладки устанавливаются с одной или двух сторон балки в зависимости от величины нагрузки на несущие элементы пола верхнего этажа;
3. Деревянные балки перекрытия, поврежденные насекомыми или гнилостными бактериями можно усиливать при помощи протезов, сваренных из прутка в виде пространственной фермы, или при помощи из швеллера необходимого размера. Швеллер, устанавливаемый в качестве протеза, подбирается из стандартного ряда металлопроката, а для изготовления пространственной прутковой фермы требуется выполнить достаточно сложный расчет прочности, который под силу только квалифицированному специалисту.
4. Усиление несущей способности межэтажных конструкций можно выполнить путем установки дополнительного количества балок, но эти работы требуют изготовления отверстий в несущих стенах, что в некоторых случаях выполнить затруднительно.

Используя металлические элементы для усиления несущих межэтажных конструкций, особенно это касается разрушенных частей, подлежащих удалению, следует предусмотреть установку элементов, на которые будут закрепляться половые доски верхнего этажа. Крепление должно быть надежным и долговечным, исключающим возможность разбалтывания и появления скрипов.

Усиленные различными способами лаги позволяют увеличить грузоподъемность несущих межэтажных конструкций и общую безопасность эксплуатации существующих строений без значительных капиталовложений и большого объема строительных работ.