Межэтажное перекрытие по металлическим балкам
Задача перекрытий в здании – выполнять несущую и ограждающую функции, обеспечивать пространственную жесткость сооружения, его устойчивость, разделять этажи, соединять между собой стены, передавая им нагрузку. В малоэтажном строительстве есть несколько вариантов обустройства межэтажных перекрытий. Один из них – перекрытие по металлическим балкам. Их можно также использовать для устройства чердачных и подвальных перекрытий.
Преимущества металлических перекрытий
Металлоконструкции в отличие от деревянных балок надежнее в плане пожаробезопасности, стойкости к биологической угрозе (плесень, грибок). Они:
- значительно прочнее деревянных балок, при меньшей толщине выдерживают большие нагрузки. Их использование позволяет сэкономить место, дать больше полезного пространства;
- могут быть уложены на пролеты до 24 метров. Двутавровое (швеллерное) сечение металлопроката сохраняет статичность, устойчиво к изменениям амплитуды перекрытий, не подвержено прогибам.
К недостаткам металлических перекрытий многие относят невысокие теплоизоляционные, звукоизоляционные параметры, а также вероятность коррозии. Предотвратить последнюю можно путем тщательной антикоррозийной обработки металла перед монтажом. Чтобы устранить недостатки по звукоизоляции, концы двутавров оборачивают войлоком, наглухо заделывают в кирпичные стены цементным раствором, фиксируют анкерными болтами.
Большой вес металла, возможно, потребует применения крана при монтаже конструкции. Изменить размеры балок, обрезать или нарастить их, используя сварочный аппарат, будет очень трудно. Вследствие этого надо очень точно снимать размеры пролетов, прежде чем заказать металлопрокат на предприятии.
Единственные ограничения в применении перекрытий по металлическим балкам – финансовая сторона, а также размер, тип строения. Несущая часть постройки, стены здания должны выдерживать вес металлопроката, поэтому прежде, чем покупать материалы, надо рассчитать нагрузки на балочные перекрытия.
Расчет балочных перекрытий
При выборе сечения двутавровых балок, швеллера или уголка учитывают шаг установки (не больше одного метра), ширину пролета, суммарную нагрузку от кровли и наката. Для чердачного перекрытия расчетное значение 75 кг/кв. м. При устройстве межэтажного и цокольного перекрытий рабочая нагрузка увеличивается практически вдвое (150 кг/кв. м), поэтому сечение сортового проката также увеличивают. Он должен обладать достаточной несущей способностью.
Виды межэтажных перекрытий по металлическим балкам
При строительстве частных домов, коттеджей накаты на перекрытие по металлическим балкам делают:
- деревянными, когда проемы между швеллерами заполняют досками. Это вариант сгораемого заполнения;
- с использованием облегченной железобетонной плиты (несгораемое наполнение);
- монолитными;
- монолитными на несущий профнастил, последний имеет высокий профиль и дополнительные ребра жесткости.
Устраивая деревянный настил по металлическим балкам, между двутаврами укладывают деревянные щиты. Снизу к ним прибивают дранку и оштукатуривают потолок нижнего этажа. Для обустройства пола верхнего этажа на стальные балки кладут деревянные лаги, а на них пол. В пространстве между полом и щитами устраивают гидроизоляцию соответствующих элементов, насыпают шумоизоляционный материал.
При использовании сборных железобетонных плит их укладывают на верхние и нижние полки двутавра, делая зачеканку цементным раствором нижних ж/б плит и насыпав на них звукоизоляцию. К балкам снизу приваривают сетку, по которой оштукатуривают потолок. Сверху можно положить ОСП, а затем пол.
Ж/б монолит имеет лучшие характеристики в сравнении с ж/б плитами. Благодаря монолитной структуре, у него лучше параметры теплоизоляции и шумопоглощения. Приступая к расчетам монолитного перекрытия по металлическим балкам, за основу берите наружный периметр несущей стены. Для создания опалубки используйте водостойкую фанеру, удерживайте ее с помощью временных опор. Чтобы самостоятельно рассчитать толщину плиты, выбрать сортамент арматуры либо сетки для армирования, воспользуйтесь соответствующими справочниками и пособиями по проектированию и армированию железобетонных конструкций, СНИПами.
Достоинства решения
Металл позволит создать практически не подверженную влиянию внешних факторов несущую основу. Такие каркасы не боятся огня, практически не подвержены воздействию влаги и очень прочны. Кроме того, металлическими деталями можно произвести усиление плит перекрытия в уже построенном здании, хотя, процесс это непростой.
При создании монолитного варианта не потребуется использовать тяжёлую технику для перевозки бетонных панелей – они отливаются прямо на месте. То же самое можно сказать и про межэтажные плиты, сделанные на основе профлиста – сами листы не слишком тяжелые, а бетон заливается уже на месте.
Если же техника есть и разделительная межэтажная плита будет состоять из отдельных железобетонных панелей, то скорость возведения постройки значительно возрастет, по сравнению с монолитными основаниями, но, без техники будет уже не обойтись.
Что это такое и каких размеров бывают?
Балка является одним из основных элементов любой конструкции, ее функции – повысить устойчивость конструкции и укрепить ее. Балка (или ригель) состоит из полок и стенок различного размера, соединенных стыковыми швами с использованием сварки. Изготавливаются элементы на оборудованных предприятиях с использованием специальных станков.
Металлические конструкции различаются по размерам, для удобства они имеют номера, с помощью которых можно подобрать необходимый материал для строительства.
«10» — небольшое по размерам изделие, применяется в качестве перекрытия для укрепления подвижных элементов в строительстве. Возможно использовать как направляющую для небольших подъемников.
- «12» — немного больший размер конструкции, выдерживающий большую нагрузку. Применяют за основу рам, используется в механизмах.
- «14» — изделия данного размера могут использоваться в промышленном производстве для устройства в ж/б конструкции.
- «16» — прочная конструкция, выполняющая роль полноценной опоры, может применяться для передвижения транспорта по цеху.
- «18» — надежный опорный элемент, применяется при возведении зданий, обеспечит устойчивость большой площади.
- «20» — большой элемент, который может служить основой для колонны или рамы. Часто используется в машиностроении.
- «25» — изделие может служить опорой для больших кранов и крупногабаритных подъемных механизмов.
- «30» — самая большая конструкция, не используемая в жилом строительстве. Является основой для подъемных механизмов.
Сфера применения
Металлические балки для перекрытий нашли свое применение в различных областях. Могут использоваться для:
- Укрепления кровли в жилом и промышленном строительстве.
- Создания межэтажных перекрытий.
- Устройства опор и различных колонн в промышленных сооружениях и архитектурных зданиях.
- Монтажа ангарных каркасов.
- Шахтовых стволов.
- Создания разнообразных железнодорожных вагонов.
- Строительства мостов, эстакад.
- Возведения металлических ферм.
Плюсы и минусы перекрытия из дерева
Для монтажа перекрытия своими руками необходимо подготовиться. Пол в доме должен опираться на прочную и жесткую конструкцию. Перед началом работ придется изучить требования к элементам, особенности их расчета и типы сечений.
Можно выделить следующие преимущества деревянного перекрытия:
- привлекательный внешний вид, возможность сделать деревянный пол без дополнительных мероприятий;
- небольшой вес, снижение нагрузки на стены и фундаменты, экономия на строительстве;
- возможность проведения ремонтов в процессе эксплуатации;
- скорость монтажа, выполнение работ без дополнительных машин и механизмов.
Деревянные балки не утяжеляют конструкцию и быстро монтируются
Но также стоит выделить и недостатки:
- горючесть древесины, потребность в специальной пропитке антипиренами;
- меньшая по сравнению с железобетонными или металлическими элементами прочность;
- усадка и деформации при перепадах температур и влажности;
- подверженность гниению, грибку и плесени при повышенной влажности, необходимо выполнять обработку антисептиками на стадии строительства и периодически в течение срока службы.
Чем хорош канадский метод строительства перекрытия?
Давайте рассмотрим все преимущества двутавровых балок как материала для строительства перекрытия:
Преимущество №1. Удивительная прочность
Благодаря такой гениально продуманной конструкции довольно хрупкие на вид балки оказываются во много раз прочнее и надежнее обычных. Верхняя часть балки работает на изгиб, а нижняя – на растяжение. Т.е. здесь уже речь идет не об одном монолитном элементе, которому приходится принимать на себя оба вида нагрузки одновременно:
Преимущество №2. Точная геометрия
Второй очень важный момент: идеальная геометрия самих балок. Даже со временем они не прогибаются, не выкручиваются, не рассыхаются и не изменяют свои своих параметров. Как утверждают производители, даже через 100 лет такие балки будут вести себя все также, как через год после постройки.
Что это дает? Для начала – безупречно ровное перекрытие, на которое легко монтировать любое половое покрытие, особенно паркет и ламинат. Дело в том, что когда вы имеете дело с брусьями и обычными деревянными балками, то должны знать, что согласно стандартам нормам их прогиб может достигать 3 см! И, поверьте даже это уже ощутимо: пол будет просто «ходить» под вашими ногами. И подобное точно хорошо не скажется ни на одном половом покрытии (кроме дешевого линолеума, пожалуй).
И это нормально: натуральная древесина – материал живой, и для нее свойственно сжиматься, усыхать или, наоборот, набирать в себя влагу. А вот двутавровые балки уже изготавливается из клееной древесины, с применением особо прочного соединяющего состава, и своих размеров они не изменяют.
Преимущество №3. Комфортный вес
Следующий важный аспект: двутавровые балки достаточно легкие, чтобы поднять одну из них самостоятельно, а потому с подобной работой без проблем справляются два обычных рабочих. Что это дает?
Во-первых, вам не понадобится тяжелая техника, которая должна будет поднимать обычные деревянные балки или металлические.
Во-вторых, работы на высоте станут более безопасными, ведь никому на голову не свалится слишком тяжелая балка.
В-третьих, применение двутавровых балок позволят немало сэкономить на фундаменте, ведь нагрузка на него уже будет на порядок меньше
И, если брать во внимание, что до 50% бюджета строительства обычно идет на надежный, крепкий фундамент, который выдержит не только стены, но и не менее тяжелые балки, тогда экономия получается существенной
Преимущество №4. Изготовление в домашних условиях
Двутавровые балки вы можете изготовить самостоятельно, если будете знать, какими должны быть их параметры и узлы соединения. И в итоге у вас будет не только уверенность в качестве перекрытия, но и немало сэкономленный бюджет.
Преимущество №5. Практичность в утеплении
И, наконец, последний приятный момент: двутавровые балки особенно удобны для утепления междуэтажного перекрытия и последующей отделки потолка:
Единственный неприятный момент заключается в том, что в России качественные двутавровые балки поставляют единицы компаний, и если уж их приобретать, то важно уметь правильно рассмотреть все технологические недочеты. Речь ведь идет о будущем перекрытии!
Самостоятельное изготовление клееного элемента
Существует несколько вариантов самостоятельного изготовления клееного бруса:
- соединение трёх элементов в одну конструкцию;
- склеивание двух деталей в форме символа Z;
- соединение ламелей с использованием специальных элементов, металлических вставок.
Самым практичным считается первый способ, он гораздо проще двух остальных. На начальной стадии работ отбирают доски для бруса и укладывают их на центральный элемент таким образом, чтобы годовые кольца древесины смотрели в противоположные стороны. На поверхности досок делают пометки чёрным маркером или простым карандашом, что будет указывать на последовательность их укладки.
Центральный элемент зачищают с обеих сторон наждачной бумагой, что позволит создать шероховатую поверхность, улучшить адгезию клея. Боковые доски обрабатывают только в месте прилегания к основному брусу. На следующем этапе работ обезжиривают поверхности растворителем, наносят антисептик и антипирены. Эти жидкости и защитные составы наносятся поочерёдно: сначала растворитель, затем другие пропитки после высыхания основного состава. Обрабатывают не только боковые стороны пиломатериала, но и торцы.
Теперь необходимо нанести тонкий слой клея (1–2 мм) на зачищенные и предварительно обработанные поверхности. Верхнюю и нижнюю доски укладывают на центральный брус таким образом, чтобы они находились в одной плоскости. Для скрепления элементов используются струбцины, которые устанавливают на балке через каждые 40–50 см. Время твердения клея указывается производителем (обычно не превышает 2 дней).
Для чего нужно укреплять потолок
Допустим, для строительства дачи или бани вы выбрали деревянные балки длиной более трёх метров, и посередине они начали угрожающим образом провисать. Или дом уже достаточно старый, и вы боитесь, что иссохшееся дерево может обрушиться в один далеко не прекрасный момент. Или вы собрались надстроить ещё один этаж или веранду, и, соответственно, планируется повысить нагрузку на потолочные балки.
Чтобы ваш потолок остался в целости и сохранности, без прогибов и надломов, стоит укрепить несущие балки с помощью швеллера. Также стоит задуматься о полной замене потолочных деревянных балок на швеллеры и железобетон, поскольку срок их службы не 50 лет, как у дерева, а в три раза дольше.
Немного о провисании
Степень провисания балки вполне реально оценить самостоятельно, и сейчас мы расскажем, как это сделать. Допустимой нормой провисания считается одна трёхсотая от длины балки. То есть, если трёхметровая балка посередине провисает под нагрузкой на один сантиметр, то это нормально.
А вот два и три уже должны вас насторожить и привести к мысли о необходимости укрепления потолка, поскольку эти сантиметры не только выглядят неэстетично, но и чреваты надломом этой балки посередине и даже обрушением крыши или потолка.
Порядок расчёта
Определить шаг балок деревянного перекрытия, их размеры и количество помогает предварительный расчёт. Перед проведением таких операций необходимо:
- провести замеры пролёта между несущими стенами жилого здания;
- рассчитать нагрузку, которую будет испытывать перекрытие после монтажа;
- провести расчёт сечения и шага балок по специальным таблицам.
Длина балок основания для устройства крыши состоит из размера пролёта и необходимой величины запаса в пределах 10–15 см для устройства надёжного перекрытия при опоре на стену. Длина пролёта – расстояние между внутренними частями противоположных стен в жилом доме или любой другой постройке. Самым популярным вариантом в частном строительстве считается расстояние от 2,5 до 4 м. При величине пролёта больше 6 м для монтажа перекрытия используются деревянные фермы.
Точные расчёты может выполнить только специализирующаяся на этом строительная организация. При самостоятельных вычислениях отталкиваются от следующих значений:
- общая нормативная нагрузка на квадратный метр перекрытия при использовании утеплителя (минеральной ваты) составляет 130 кг/м2;
- при использовании толстых досок и тяжёлого теплоизоляционного материала нормативная нагрузка увеличивается до 150 кг/м2, общая с учётом коэффициента безопасности 1,3 – до 245 кг/м2;
- в мансардном помещении на перекрытие действуют временные нагрузки от установки мебели или перемещения людей – общая нагрузка составит 350 кг/м2;
- общая нагрузка для междуэтажных пролётов не менее 400 кг/м2.
Все указанные величины считаются базовым значением для дальнейших расчётов.
Сбор нагрузок
Перед началом расчета производят сбор сил, действующих на двутавровую балку. В зависимости от продолжительности воздействия,их разделяют на временные и постоянные.
Таблица нагрузок на двутавровые балки
| Постоянные | Собственная масса балки и перекрытия. В упрощенном варианте вес межэтажного перекрытия без цементной стяжки с учетом массы балки принимают равным 350 кг/м2, с цементной стяжкой – 500 кг/м2 | |
| Длительные | Полезные | Зависят от назначения здания |
| Кратковременные | Снеговые, зависят от климатических условий региона | |
| Особые | Взрывные, сейсмические. Для балок, работающих в стандартных эксплуатационных условиях, не учитываются. В онлайн-калькуляторах обычно не учитываются |
Нагрузки разделяют на нормативные и расчетные. Нормативные устанавливаются строительными нормами и правилами. Расчетные равны нормативной величине, умноженной на коэффициент надежности. При усилии менее 200 кг/м2 коэффициент обычно принимают равным 1,3, при более 200 кг/м2 – 1,2. Шаг между балками принимают равным 1 м. В некоторых случаях, если это допустимо в конкретных эксплуатационных условиях, в целях экономии материалов его принимают равным 1,1 или 1,2 м.
При расчетах принимают во внимание марку стали. Для использования в условиях высоких нагрузок и при минусовых температурах востребованы двутавровые балки, изготовленные из низколегированных сталей
Типы и виды деревянных перекрытий
По предназначению деревянные балки перекрытия разделяются на такие виды:
С каждым из подвидов следует ознакомиться более детально.
Подвальное
Конструкция должна обладать высокими показателями прочности, выдерживать значительные усилия, ведь балки будут служить основой для устройства пола. Если в проекте жилого дома предусмотрен подвал или гараж для автомобиля, то деревянные бруски заменяют металлическими несущими конструкциями. Это связано с быстрым разрушением дерева от воздействия высокой влажности. Альтернативным вариантом считается уменьшение расстояния между балками перекрытия и обработка деревянных элементов антисептиком.
Чердачное
Перекрытие устанавливается независимо или является продолжением кровельной стропильной системы. Лучшие технические характеристики у первого варианта. Устраивать независимое перекрытие более рационально, такая конструкция улучшает звукоизоляционные показатели всего дома, считается ремонтопригодной.
Междуэтажное
Конструкция балок перекрытия в каркасном доме имеет свои особенности. Одна сторона деревянного бруса используется в качестве опорных элементов для крепления потолка, вторая (верхняя часть) применяется в качестве лаг для монтажа напольного покрытия. Пространство между балками межэтажного перекрытия заполняют минеральной ватой или другим теплоизоляционным материалом, пароизоляционная мембрана применяется в обязательном порядке. В нижней части пирога закрепляют гипсокартонные листы, сверху застилают дощатый деревянный пол.
Особенности
В подобных разделяющих этажи плитах важнейшую роль играет каркас, собираемый из металлических составляющих и расчёт возникающих нагрузок. В зависимости от величины нагрузки выбирается вид создаваемой межэтажной перегородки. Они могут быть следующих видов:
- Монолитная, на основе силового каркаса из металла.
- Деревянное перекрытие по металлическим силовых элементам.
- Железобетонные сборные основания из плит.
Каждая разновидность имеет свои собственные плюсы и минусы. Однако, из всех названных типов деревянные будут как самыми легкими, так и наименее прочными. Если говорить об остальных двух типах, то монолитное основание по балкам из металла будет несколько сложнее собрать, но, оно позволит избежать использования тяжелой подъемной техники. Основания из железобетона будут собираться быстрее, но, использования тяжелого крана не избежать.
Расчет перекрытия по металлическим балкам
Необходимо ответственно подходить к выполнению расчетов, приняв решение сделать пол или потолок на основе стальных профилей.
При этом необходимо учитывать комплекс факторов:
- общий вес;
- нагрузочную способность;
- площадь формируемой поверхности;
- расстояние между балками;
- ширину пролета.
Несущая способность составляет:
- 0,075 т/м2 – для перекрытий чердачных помещений;
- 0,150 т/м2 – для цокольной основы и межэтажных оснований.
С возрастанием ширины пролета увеличивается высота стальных балок:
- прочность при шестиметровом пролете обеспечивает двутавр № 20 с высотой профиля 200 мм;
- при уменьшенном до 4 м расстоянии между стенами можно использовать двутавр № 16 с высотой 160 мм.
Зная площадь монолитной поверхности, несложно рассчитать потребность в бетоне. Для этого следует умножить площадь на высоту бетонного массива. Имея чертеж арматурной решетки можно вычислить потребность в стальных прутках для усиления основы. Все расчеты производятся на основании предварительно разработанной проектной документации или рабочего эскиза.
Однако есть у них и недостаток – они подвержены коррозии
Расчет
Чтобы произвести выбор металлического бруса для той или иной конструкции, которая будет нести определённую нагрузку, необходимо произвести расчёт балки на прочность при изгибе. Это можно сделать, рассчитав все параметры самостоятельно по известной методике или воспользоваться онлайн-калькулятором. Для выбора балки перекрытия, делают проверку из условия на прочность, где максимальная прочность стали должна быть больше суммы отношений максимального изгибающего момента в точке действия той или иной нагрузки к осевому моменту, и поперечных сил и площади поперечного сечения в максимально нагруженной точке.
Для определения всех неизвестных параметров этого условия, вычисления проводят поочерёдно.
Сначала определяют максимально нагруженный участок балки. Для этого, строят эпюру поперечных сил и изгибающих моментов. Чтобы построить эпюру, необходимо вычислить все суммарные изгибающие моменты и поперечные силы, действующие на балку, по участкам.
Как правило, в случае металлического бруса перекрытия, расчётную схему заменяют балкой, лежащей на двух шарнирных опорах. В этих опорах возникают реакции сопротивления, у которых необходимо определить их условия:
Когда реакции определены, балку разбивают на участки по опорам. Первый участок находится от одного конца балки до опоры, второй участок располагается между опорами, третий за последней опорой и так далее. Необходимо знать, что если на одном участке имеется точка изменения нагрузки, то её нужно выделить в отдельный участок.
После того, как участки определены, строятся эпюры поперечных сил и изгибающий моментов, и определяется нагруженный участок. Далее, вычисляется осевой момент сопротивления сечения:
По вычисленному параметру производят выбор номера двутавра из сортамента. На этом расчёт балки считается оконченным.
Онлайн
Рассчитывать металлическую балку и производить её выбор вручную довольно трудоёмко и занимает время, которое не всегда можно выделить занятому человеку. Поэтому, стоит довериться расчётам профессионалов.
Но, если заказчик строительства сомневается в экономической целесообразности произведённого строителями расчёта, можно произвести быстрый автоматический расчёт при помощи сайтов, предлагающих данный товар.
Одним из примеров такого калькулятора может быть портал https://svoydomtoday.ru/building-onlayn-calculators/111-raschet-metallicheskoy-balki-perekritiya.html, который предлагает, находясь на сайте, рассчитать расход материала и выбрать балку из сортамента.
Данный калькулятор требует введения следующих исходных данных:
- Сначала нужно ввести условия эксплуатации металлической балки.
- После этого характеристики предварительно выбранной металлической балки.
- Указать нормативную и расчётную нагрузку на балку и произвести расчёт.
В результате, получается минимально возможный при заданных условиях момент сопротивления балки. Из полученного момента можно выбрать балку по таблице сортамента.
Так же определяется минимально допустимый момент инерции, по которому можно выбрать номер профиля из сортамента
Если для строительства в первую очередь важно не допустить прогиб балки, тогда стоит выбирать балку исходя из полученного момента инерции
Как производится монтаж
Наливные бетонные конструкции создаются в несколько этапов: подготовка стен, укладка несущих частей каркаса, установка опалубки или укладка профлиста, выполняющего эту роль, а последним этапом станет заливка бетона. После заливки, требуется от трех до шести недель на то, чтобы залитое основание высохло.
Сборное железобетонное основание чаще всего монтируется по двутавровым металлическим балкам и заключается в монтаже силовых элементов, с предшествующей подготовкой стен и укладки плит. Бетонные панели устанавливаются таким образом, чтобы их нижняя плоскость опиралась на широкую часть силовых деталей каркаса. В такой конструкции потребуется дополнительная звуко и теплоизоляция.
Если осуществляется усиление перекрытий, необходимо произвести расчёт габаритов, а также несущей способности монтируемых элементов и опорных площадок – они должны будут выдержать увеличенную нагрузку, так как подобные работы производятся в тех случаях, когда необходимо укрепить существующие перекрытия по причине возросшей нагрузки или ослабления имеющихся несущих элементов.
Все перечисленные способы обустройства и усиления перекрытий весьма сложны в исполнении. Если у вас нет специального опыта и строительных навыков, браться за подобную работу не стоит – лучше доверить все операции подготовленной строительной бригаде. Кроме того, без привлечения помощников все равно будет не обойтись – даже в случае с конструкциями, собранными из балок и дерева, вес отдельных элементов не позволит выполнить их монтаж самостоятельно.
