Расчет нагрузки двутавра
Двутавр – вид фасонного проката с поперечным сечением Н-образной формы, обладающий высокими прочностными характеристиками. Благодаря этому, он широко применяется при строительстве многоэтажных большепролетных сооружений. Точный выбор подходящего номера проката осуществляют специалисты с помощью расчетов, учитывающих нагрузки, которые будет испытывать двутавр во время эксплуатации. Для приблизительного определения номера профиля можно воспользоваться онлайн-калькулятором.
Схемы крепления Н-образного профиля
Для удобства проведения расчетов того, какую максимальную нагрузку может выдержать двутавр, все варианты использования профиля были сведены к нескольким стандартным схемам. Схемы различаются по способу крепления двутавра и приложения нагрузки:
- На двух шарнирных опорах, расположенных на концах профиля. Первый вариант – с равномерно распределенным нагружением, второй – со сосредоточенным усилием по центру.
- Консоль. С равномерным или сосредоточенным усилием.
- На двух шарнирных опорах с вылетом, балка нагружена равномерно по всей длине или сосредоточенно.
- Балка на двух жестко защемленных опорах с различными типами усилий.
После выбора формальной схемы осуществляют сбор нагрузок, которые будет испытывать балка.
Сбор нагрузок
Для проведения расчетов на предельные состояния по прочности и прогибу определяют все усилия, которые будут воздействовать на двутавр. К ним относятся:
- Постоянные. Собственный вес металлопрофиля и перекрытия.
- Временные. К ним относятся три типа усилий: длительные, кратковременные, особые. К длительным, например, относится масса временных перегородок. Кратковременные – вес людей, ветровые, снеговые и другие воздействия. Особые – взрывные, вулканические.
Внимание! В зданиях, в которых угол ската превышает 60°, воздействие снегового покрова в расчет не принимается.
Существует еще одно разделение усилий – на расчетные и нормативные, определяемые нормативной документацией.
Выбор номера профиля
Для определения номера профиля с помощью онлайн-калькулятора, помимо определения стандартной схемы крепления балки, действия на нее усилий и сбора нагрузок, необходимо указать длину пролета, материал, используемый при изготовлении металлопродукции. При подборе по предельным состояниям между двумя номерами выбирают изделие с более массивным сечением.
Примеры выбора профиля:
- двутавр №10 – для пролетов 3-4 м, шаг – 1 м, усилие – 300 кг/пм;
- номер 16 – пролет 6 м, шаг 1 м, воздействие – 300 кг/пм;
- двутавр №20 рассчитан на более высокую нагрузку – 400-500 кг/м, пролеты – 3-4 м, шаг балок – 1,1, 1,2 м.
Какой двутавр выбрать на пролет 6 метров
Перед началом расчета стальной балки необходимо собрать нагрузку, действующая на металлическую балку. В зависимости от продолжительности действия нагрузки разделяют на постоянные и временные.
К постоянным нагрузкам относятся:
- собственный вес металлической балки;
- собственный вес перекрытия и т.д.;
К временным нагрузкам относятся:
- 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.
Нагрузки можно собрать на нашем сайте.
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
2. Построение эпюр
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.
3. Расчет по прочности и прогибу
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.
4. Подбор металлической балки из таблицы сортамента
Из двух результатов подбора (1 и 2 предельное состояние) выбирается металлопрофиль с большим номером сечения.
Какой двутавр выбрать на пролет 6 метров
Балка – это, в строительстве, не только опора настилов для полов и межэтажных перекрытий, но и элемент, выполняющий функции скрепления всей конструкции строения, придания ей необходимой жёсткости. В перечне применяемых в строительстве материалов и изделий можно найти много возможных вариантов для изготовления балок перекрытий. Но к основным и наиболее часто применяемым видам несущих балок относят металлические, железобетонные и деревянные.
О качестве и прочности деревянных балок перекрытия
Проектировщики в расчётах балок перекрытия закладывают стройматериалы с заданными характеристиками и нормами эксплуатации, опираясь на законы прикладной механики и сопромата. Зная это, возникает вопрос: как обходились без этих знаний строители индивидуальных домов лет сто назад? При этом построенные ими дома здравствуют и поныне.
Объяснение простое: они оставляли намного больший запас прочности используемым материалам. Чуть позже, советские ГОСТы сознательно рассчитывались и утверждались с большими, иногда до 100% запасами прочности. Это неэкономно, иногда громоздко и вычурно, но надёжность была в приоритете, и всегда останется важнейшим показателем в строительстве. Сегодня подобная практика заменяется точным расчетом деревянной балки — это позволяет не переплачивать за излишнюю, невостребованную прочность.
Сравнение со старыми способами выглядело бы неуместно в описании балок перекрытий, если бы не одно обстоятельство.
Покупая на рынке брус или балку определённого размера, с предварительно рассчитанными характеристиками, частный застройщик без большого опыта зачастую приобретает не тот материал, который гарантирует надёжность.
Множество на первый взгляд незначительных нюансов могут свести на нет все расчёты:
- большая влажность;
- безответственное хранение;
- скрытые дефекты;
- пересортица;
- плохие линейные геометрические параметры;
- заранее обусловленные болезни древесины.
Вывод и выход здесь один: рынок всегда попытается обмануть начинающего строителя, поэтому лучший способ сэкономить — это доверить работу профессионалу.
Основные исходные положения для расчёта размеров
Перед началом монтажа деревянных балок следует их обрезать до необходимых размеров либо провести сращивание.
Торцы балок заглубляются в стены как минимум на 15 см, с заделкой или без неё.
Толщина несущих стен здания обычно не менее одного кирпича, или 25 см, при использовании стеновых блоков – 20 см. Это означает, что опирающиеся на стены торцы балок будут защищены от внешнего атмосферного воздействия.
Для клееной балки можно уменьшить запуск в стены до 10 см. В крайнем случае, балки могут заходить на глубину 7 см, но материал используемого бруса должен быть самого хорошего качества.
Подробнее о том, как произвести расчет деревянных балок перекрытий, смотрите на видео:
Прогоны, пролёты, шаг, анкеровка: 10 основных понятий и условий монтажа
- Балки перекрытий являются несущим элементом, это основа прочности всего сооружения.
- Схема балок с пролётом (длиной балки) 6 м и менее предполагает нагрузку от веса заполнения между балок и пола.
- Балки укладываются в направлении, параллельном меньшей стороне пролёта. Расстояние между балками, называемое шагом, зависит от материала и сечения.
- Шаг балок в зависимости от их вида: дощатые – от 60 до 80 см; из бруса – от 60 до 100 см; из бревна и клееного бруса – от 60 до 120 см.
- Пролёты более 6 м перекрываются балками (прогонами) с крупным сечением.
- Сечение деревянных балок определяется расчётом, на практике его высота находится в диапазоне 4–5% от длины пролёта.
- Для скрепления стен и перекрытий концы балок либо анкеруют в стены, либо применяют стальные связи.
- Возможен шаг анкеров через одну балку, но не реже.
- В помещениях с высокой влажностью балки потолка должны оставаться открытыми.
- Для устройства полов по балкам укладываются дощатые либо из бруса лаги, к ним прибиваются доски пола.
Как рассчитать
Чтобы произвести расчет балок перекрытия из дерева, калькулятор онлайн требуется не всегда. Достаточно знать несколько формул и следующие данные:
- длину деревянной балки перекрытия (расстояние между несущими стенами);
- расстояние между балками (их шаг);
- нагрузку на конструкцию.
Расчет балок перекрытия позволит не сомневаться в жесткости и прочности конструкции, определит максимальную длину, допустимую при том или ином сечении.
Почему лопнула балка перекрытия, смотрите на видео:
Для того чтобы узнать нагрузку на конструкцию, необходимо сложить переменное значение и постоянное. Последнее включает в себя предварительную массу самих балок, утепление, подшивку потолка, черновой и чистовой пол. К временной относится масса мебели и людей – примерно 150кг/м2 – согласно нормативным документам жилых помещений.
Для чердака значение временной нагрузки может быть меньшим, но лучше не рисковать, и при расчетах использовать такую же. Так вы обеспечите определенный запас прочности и в будущем при желании сможете оборудовать мансарду в чердачном помещении без реконструкции несущих элементов.
Расчет деревянной балки производят по таким формулам:
- Mmax = (q*l2)/8;
- Wтреб = Мmax/130.
q — это нагрузка на кв. м перекрытия, включающая массу конструкций и 150 кг полезного значения. Указанные величины нужно умножить на расстояние между балками, поскольку для вычислений нужно нагружение на погонный метр, а изначально величина рассчитана на квадратный.
l2 — расстояние между несущими стенами, на которые опирается прогон, взятое в квадрате.
Зная Wтреб, можно подобрать сечение перекрытия. W = b*h2/6. Зная W, составляется уравнение с одной неизвестной. Здесь достаточно лишь задать одну геометрическую характеристику b (ширину сечения) или h (его высоту).
Это важно! Несмотря на кажущуюся простоту расчетов, лучше не доверять их людям без профильного образования, так как цена ошибки может быть очень высокой.
Балки металлические: традиционная надёжность
Когда у застройщика возникает возможность и запрос на более амбициозное и габаритное строительство, он применяет металлические балки перекрытия различного сечения: уголок с разными размерами полок, швеллер, тавр, двутавр. Если исключить возможность коррозии металла, то по прочности таким балкам нет замены. Но применение металла в индивидуальном жилищном строительстве ограничено и ещё рядом показателей:
- с металлом тяжело работать на высоте;
- необходимы специальные механизмы для монтажа;
- сварка, резка металла и защита его от коррозии – это дополнительные расходы;
- высокая стоимость материала;
- балки металлические подлежат утеплению со стороны чердака.
Есть у металлических балок и положительные моменты:
- они не горят;
- долговечнее;
- металлические пролёты можно устраивать длиннее и расстояние между балками перекрытия делать больше;
- виды балок металлических отличаются большим разнообразием и позволяют создавать практически любые по сложности конструкции.
Расчет металлической балки в любом случае лучше доверить профессионалам.
Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про плоскую крышу в частном доме.
Заключение
Выбор вида перекрытия, материала для балок, тщательная подготовка проекта, расчёт нагрузок, в том числе и с применением онлайн калькулятора – это всё приятные заботы, которые можно смело переложить на плечи профессионалов. И тогда об этих заботах будет приятно вспомнить через года, наслаждаясь уютом и комфортом в хорошем добротном доме.
Какой двутавр выбрать на пролет 6 метров
Двутавр – вид длинномерного металлопроката с Н-образным сечением. Изготавливается горячекатаным и сварным способами. Регламентируется рядом нормативных документов, основными из которых являются ГОСТ 8239-89 (для балок с внутренним уклоном полок, горячекатаных) и ГОСТ 26020-83 (для балок с параллельными внутренними гранями полок, сварных). Для обычных условий эксплуатации и средних нагрузок при изготовлении двутавров применяется углеродистая сталь типа Ст3. Для интенсивной эксплуатации, а также для возведения объектов в регионах с низкой среднегодовой температурой двутавровые балки делают из низколегированных сталей типа 09Г2С.
Применение двутавров в строительстве
Строительная сфера – главный потребитель данного вида металлопроката. Благодаря высоким эксплуатационным качествам двутавры широко используются в гражданском, промышленном, шахтном, дорожном и частном строительстве. Фермы, несущие каркасы и конструкции, ответственные конструкционные узлы, колоны, перекрытия – вот далеко неполный перечень объектов, в которых они используются. Если говорить о строительстве жилых и промышленных зданий, то обустройство перекрытий – одно из главных направлений применения двутавровых балок в этой сфере. Даже в частном строительстве, при возросших габаритах и стандартах частных жилых домов, предпочитают использовать двутавры.
В чем преимущества использования двутавров для перекрытий
- долговечностью (при соответствующей антикоррозионной обработке);
- высокой несущей способностью;
- высокой прочностью, благодаря форме профиля и рёбрам жесткости;
- относительно небольшой массой одного погонного метра (в сравнении с квадратным прокатом);
- жароустойчивостью;
- широким ассортиментом типоразмеров.
К недостаткам двутавровых балок, с точки зрения их применения для перекрытий, можно отнести высокую теплопроводность и низкое шумоподавление. Но эти проблемы легко решаются с помощью тепло- и шумоизоляционных материалов.
Как выбрать двутавр для перекрытия
Конечно, самым верным способом правильного выбора двутавровых балок для перекрытия будет обращение к специалистам. Но при несложных объектах можно самостоятельно сориентироваться в подборе нужного типоразмера балки.
Прежде всего, необходимо определиться с возможными нагрузками на перекрытие. Нагрузки бывают постоянными и длительными.
Постоянная нагрузка включает вес непосредственно балок и всей конструкции перекрытия. В среднем, принято считать вес перекрытия без стяжки – 350 кГ/см², со стяжкой – 500 кГ/см².
Длительные нагрузки подразумевают: полезные (зависят от назначения сооружения); кратковременные (создаваемые осадками, силой ветра); особые – обычно учитываются в сейсмоопасных регионах.
Оценив возможные нагрузки, можно воспользоваться общедоступными строительными справочниками и выбрать номер двутавра, соответствующий максимальной нагрузке. При этом надо учитывать длину пролёта и величину интервала между балками. Так, при нагрузке в 300 кГ/м² при длине пролёта 3 м рекомендовано использовать двутавр 10 (при интервале между балками от 1м до 1,2 м). При этой же нагрузке, но длине пролёта 6 м используются двутавры 16.
Двутавр 20 обладает высоким прочностными характеристиками, поэтому его целесообразно применять в качестве несущего элемента перекрытия при нагрузках 400 и 500 кГ/м² и длине пролёта 6 м.