Балка в строительстве: виды, сечения, материал и маркировка

Несмотря на разнообразие материалов, применяемых для изготовления перекрытий в домах, дерево остается самым востребованным для небольших жилых сооружений с двумя или тремя этажами. Это связано с их особенными свойствами:

Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий

В сознании граждан сложился стереотип, согласно которому панели из сборного железобетона — единственно возможное решение для любого здания. Преодолеть его не трудно.

Достаточно перечислить преимущества деревянных балочных перекрытий:

  • Минимальная стоимость (1 м3 бруса в несколько раз дешевле 1м3 пустотных панелей);
  • Нагрузка на стены в 2-3 раза меньше, чем от панелей. Это позволяет существенно снизить расход арматуры и бетона при устройстве фундамента;
  • На небольших пролетах (до 4 метров) деревянные балки можно укладывать вручную, используя простейшие приспособления (лебедку или подъемный блок). Смонтировать тяжелые плиты без мощного крана – задача нереальная;
  • Низкая трудоемкость и высокая скорость работ (по сравнению с заливкой монолитного ж/б перекрытия);
  • Экологичность (в бетоне используется гранитный гравий, радиационный фон которого может существенно превышать норму).

Как известно, достоинства не бывают без недостатков. У перекрытий из древесины их немного:

Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий
  • Повышенная деформативность. Проявляется в эффекте вибрирования при хождении и образовании трещин в местах примыкания перегородок из гипсокартона;
  • Низкая огнестойкость (без специальной пропитки);
  • Относительно небольшая длина (не превышает 6 метров). У ж/б панелей она достигает 7,2 метра.

К числу недостатков данных конструкций некоторые авторы тематических статей относят образование трещин в штукатурке потолка и плохую изоляцию ударного шума. Однако, при грамотном подходе к монтажу две эти проблемы решаются просто и надежно. Для этого ниже несущих балок укладывают ряд менее толстых брусьев, специально предназначенных для подшивки потолка (гипсокартон, ОСП, вагонка, доска).

Подшивочный брус также, как и основной ставится на стену, но ниже, и к нему крепится облицовка потолка. Это решение встречается не часто, хотя оно грамотное и его история насчитывает не одно столетие, кроме отсечки структурного шума второго этажа такой вариант избавляет от трещин в потолке. Они появляются в том случае, когда балка служит опорой пола второго этажа и одновременно к ней подшивается потолок первого этажа. От вибрации и ударной нагрузки в отделке появляются трещины.

Преимущества и недостатки по сравнению с плитами перекрытия

Деревянные балки могут похвастаться своей легкостью и простотой в установке. Бытует ошибочное мнение, что под легкие перекрытия из дерева не нужен армирующий слой. Это в корне не верно.

Важно!Для газобетонных стен в независимости от вида перекрытия всегда необходим армопояс!

В случае с деревянными перекрытиями его возведение распределит нагрузку от балок по всему периметру стен и предотвратит растрескивание газобетона от точечных нагрузок.

Плюсами деревянных балок являются:

  1. Экологичность, так как дерево — это возобновляемый натуральный материал.
  2. Небольшая масса.
  3. Низкая теплопроводность по сравнению с бетонными конструкциями.
  4. Невысокая цена по сравнению с другими видами перекрытий.
  5. Большой ассортимент в выборе.
  6. Простота установки балок.

Отрицательные стороны у древесины тоже имеются:

  1. Недолговечность. Рано или поздно даже самые хорошие перекрытия могут начать гнить.
  2. Малопрочность — дерево не сможет выдержать столько веса, сколько смогло бы перекрытие из бетона.
  3. Горючесть (натуральные материалы легко воспламеняются).

Важно!Несмотря на такие значительные отрицательные качества, дерево все равно выбирают намного чаще, и вот почему: специальные составы для пропитки древесины смогут продлить срок службы, уберечь от гниения и воспламенения. А малая прочность искореняется благодаря использованию большего количества балок и уменьшения шага прокладки.

Теперь рассмотрим бетонные перекрытия и их недостатки:

  1. Первым и наиболее существенные минусом является дороговизна перекрытия из бетона. Мало того, что сами перекрытия стоят недешево, для их установки и перевозки потребуется и специальная техника (кран). Так что и за установку придется выложить определенную денежную сумму. У деревянных перекрытий этот минус отсутствует — установку можно произвести самостоятельно. Если балки небольшие, то достаточно будет и двух-трех человек. Чем они тяжелее и массивнее, тем большее количество людей придется задействовать.
  2. Высокий вес. Мы уже говорили, что для монтажа потребуется специальная техника. А ещё потребуется более дорогой фундамент.

Как видите, все недостатки связаны лишь с ценой. Чтобы принять окончательное решение, ознакомьтесь со статьей про плиты перекрытия в газобетонном доме.

Монолитное перекрытие по металлическим балкам

Иногда в частном домостроении применяется такой вариант перекрытий – монолитное железобетонное, опирающееся на металлические балки (спаренные швеллеры, двутавры, труба квадратная и т.д.). Плюсами такого перекрытия является то, что за счет довольно часто расположенных балок (от 1 м до 2,5 м в среднем) само перекрытие можно сделать довольно тонким (но не менее 50 мм). Армируется такое перекрытие в один слой, что тоже дает немалую экономию.

Основным минусом является то, что по требованиям пожарной безопасности металлические конструкции нужно покрывать специальным огнезащитным составом, а это недешевое удовольствие.

В данной статье мы рассмотрим два вопроса: как выполнить железобетонное перекрытие и как подобрать металлические балки.

С чего следует начать? С анализа перекрытия в плане. Допустим, у нас перекрытие размером 4х8 м. Рациональней расположить балки вдоль короткой стороны плиты, т.е. длина балок будет 4 метра (не считая глубины опирания на стены). Чем короче балка, тем меньше металла мы на нее потратим, и тем реже эти балки можно расставить. Конечно, это не жесткое правило, а просто рациональный совет.

Читайте также:  Для чего нужна пароизоляция потолка?

Далее необходимо собрать нагрузки на 1 м 2 перекрытия. Как собирать нагрузки, подробно изложено в статье «Собираем нагрузки на ленточный фундамент дома». При этом учитывается:

Монолитное перекрытие по металлическим балкам

– временная нагрузка на перекрытие,

– нагрузка от веса перегородок (желательно балки располагать под перегородками, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на облегченное перекрытие),

– нагрузка от веса полов,

– собственный вес перекрытия.

Затем нужно задаться шагом металлических балок. Здесь на первый план выходит монолитное перекрытие. Если сделать шаг балок слишком частым, мы рискуем вызвать перерасход как металла, так и железобетона. Если расстояние между балками, наоборот, слишком большое, это вызовет увеличение арматуры в плите, увеличение толщины этой плиты (при этом значительно возрастет нагрузка на балки), а значит увеличится и сечение балок. Поэтому всегда перед началом расчета нужно анализировать и подбирать оптимальное расстояние между балками перекрытия. Изложенные ниже расчеты применимы при условиях: между всеми балками должно быть одинаковое расстояние; должно выполняться условие L 1/ L 2 > 2, где L 1 – длина балки, L 2 – расстояние между соседними балками.

В принципе, есть несколько путей расчета перекрытия такого типа.

Первый путь (более трудоемкий, особенно без достаточного опыта, но иногда необходимый). Можно задаться профилем металлических балок (допустим, у вас уже есть в наличии металл конкретного профиля); затем, задавшись толщиной перекрытия и шагом балок, можно собрать нагрузки и выполнить расчет балки. При этом, выполняя расчет, вы за несколько подходов можете определить максимально допустимое расстояние между балками, при котором выполняются условия прочности и деформативности. После этого можно перейти к расчету перекрытия и определить его толщину и армирование. Если все прошло – хорошо. Если толщина оказалась большей, чем вы задавали, расчет нужно будет повторить с начала – пока не сойдутся все части задачи.

Второй путь. Расчет начинается с железобетонного перекрытия. Задаемся шагом балок и толщиной плиты, собираем нагрузки и выполняем расчет плиты. При необходимости, корректируем шаг балок и толщину плиты до наиболее экономичных результатов. Собираем нагрузку на балку с получившегося пролета и подбираем сечение балок.

Второй путь мы рассмотрим на примере.

Монолитное перекрытие по металлическим балкам

Расчет ведется для условно выделенной полосы плиты шириной 1 м.

Необходимо перекрыть помещение размером в плане 6х10 м. Над перекрытием будут жилые комнаты – временная нагрузка 150 кг/м 2 . Материалы плиты: бетон класса В15, расчетное сопротивление бетона Rb = 7,7 МПа, арматура горячекатаная периодического профиля класса А400С, расчетное сопротивление арматур ы Rs = 365 МПа.

Минимальная толщина перекрытия должна быть больше, чем L /35, где L – расстояние между балками.

Задаемся шагом балок – 2,5 м, направление балок – вдоль короткой стороны помещения, толщина ж.б. перекрытия – 80 мм (что больше, чем 2,5/35 = 0,071 м = 71 мм), расстояние от нижней грани плиты до рабочей арматуры – 35 мм.

Определение примерной нагрузки на перекрытие

Вполне естественно, что перекрытие будет давать балкам нагрузку, которая будет состоять из непосредственного ее веса и веса предметов, которые будут находиться на перекрытии. Подробный расчет нагрузки можно произвести только благодаря специальному калькулятору в проектной организации. А вот более просто рассчитать нагрузку на перекрытие можно благодаря следующим советам:

  1. на чердачные конструкции с подшивной доской, утепленные минеральной ватой, обычно нагрузки не бывают слишком большими. Поэтому в среднем она составляет порядка 50 кг на 1 квадратный метр. Так, нагрузка будет рассчитываться по формуле: 1,3 умножаем на 70, где 1,3 – это коэффициент запаса прочности, а 70 – максимальная нагрузка;
  2. в случаях, когда межбалочный утеплитель тяжелее минеральной ваты, или когда применяются для подшивки слишком толстые доски, размер нагрузки в среднем составляет 150 килограмм на квадратный метр. Общая же нагрузка определяется так: среднее числу нагрузки умножаем на коэффициент запаса прочности и прибавляем размер нужной нагрузки;
  3. если речь идет о мансарде, тогда к факторам нагрузки прибавляется и напольное покрытие, мебель и прочее. Расчетную нагрузку увеличиваем в данном случае до 350 килограмм на метр;
  4. при условии использования балок для межэтажного перекрытия, расчетная нагрузка считается как 400 кг на метр.

Расчет балок перекрытия

Планируя строительство перекрытия, для начала следует рассчитать конструкцию его основы, то есть длину балок, их количество, оптимальное сечение и шаг расположения. От этого будет зависеть, насколько безопасным окажется ваше перекрытие и какую нагрузку оно сможет выдерживать при эксплуатации.

Длина балок

Длина балок зависит от ширины пролета, а также от способа крепления балок. Если балки будут закреплены на металлических опорах, их длина будет равняться ширине пролета. При заделке в пазы стен, длину балок рассчитывают, суммируя величину пролета и глубину заведения двух концов балки в пазы.

Шаг расположения балок

Расстояние между осями балок выдерживают в пределах 0,6-1 м.

Количество балок

Расчет количества балок выполняют следующим образом: планируют размещение крайних балок на расстоянии минимум 50 мм от стен. Остальные балки размещают в пространстве пролета равномерно, в соответствии с выбранным интервалом (шагом).

Сечение балок

Расчет балок перекрытия

Балки могут иметь прямоугольное, квадратное, круглое, двутавровое сечение. Но классическим вариантом все же является прямоугольник. Часто используемые параметры: высота – 140-240 мм, ширина – 50-160 мм.

Выбор сечения балки зависит от ее планируемой нагруженности, ширины пролета (по короткой стороне помещения) и интервала размещения балок (шага).

Читайте также:  Как лучше крепить рубероид к деревянной крыше

Нагруженность балки высчитывают, суммируя нагрузку ее собственного веса (для междуэтажных перекрытий – 190-220 кг/м2) с временной (эксплуатационной) нагрузкой (200 кг/м2). Обычно, для эксплуатируемых перекрытий, нагрузку принимают равной 350-400 кг/м2. Для чердачных неэксплуатируемых перекрытий можно брать меньшую нагрузку, вплоть до 200 кг/м2. Специальный расчет необходим, если предполагаются значительные сосредоточенные нагрузки (например, от массивной ванны, бассейна, котла и т.п.).

Балки укладывают вдоль короткого пролета, максимальная ширина которого – 6 м. На большем пролете неизбежно провисание балки, которое приведет к деформации конструкции. Однако и в такой ситуации есть выход. Для поддерживания балок на широком пролете устанавливают колонны и опоры.

Сечение балки напрямую зависит от ширины пролета. Чем больше пролет, тем более мощную (и прочную) балку необходимо выбирать для перекрытия. Идеальный пролет для перекрытия балками составляет до 4 м. Если пролеты шире (до 6 м), то использовать необходимо нестандартные балки с увеличенным сечением. Высота таких балок должна составлять не менее 1/20-1/25 от величины пролета. Например, при пролете 5 м нужно использовать балки с высотой 200-225 мм при толщине 80-150 мм.

Конечно, самостоятельно выполнять расчеты балок необязательно. Можно воспользоваться готовыми таблицами и диаграммами, в которых указаны зависимости размеров балок от воспринимаемой нагрузки и ширины пролета.

После выполнения расчетов можно приступать к устройству перекрытия. Рассмотрим весь технологический процесс, начиная с фиксирования балок на стены и, заканчивая, финишной обшивкой.

Двутавровая балка с параллельными гранями полок нестандартных размеров

Номер балки Размеры Масса 1м, кг Метров в тонне
h b s t
Узкополочная балка
31У3А 309 102 6,0 8,9 28,5 35,1
31У4А 313 102 6,6 10,8 32,9 30,4
36У1А 349 127 5,8 8,5 32,9 30,4
36У2А 353 128 6,5 10,7 39,2 25,5
41У1А 399 140 6,4 8,8 39,5 25,3
41У2А 403 140 7,0 11,2 46,5 21,5
46У3А 459 154 9,1 15,4 68,8 14,5
61У1А 599 178 10 12,8 82,7 12,1
61У2А 603 179 10,9 15,0 93,1 10,7
Нормальная балка
31Б1А 310 165 5,8 9,7 38,9 25,7
31Б2А 313 166 6,6 11,2 44,8 22,3
31Б3А 317 167 7,6 13,2 52,5 19,0
36Б1А 352 171 6,9 9,8 45,1 22,2
36Б2А 355 171 7,2 11,6 50,7 19,7
36Б3А 358 172 7,9 13,1 56,8 17,6
41Б1А 403 177 7,5 10,9 53,7 18,6
41Б2А 407 178 7,7 12,8 59,8 16,7
46Б1А 457 190 9,0 14,5 74,5 13,4
46Б2А 460 191 9,9 16,0 82,2 12,2
61Б1А 603 228 10,5 14,9 102,5 9,8
61Б2А 608 228 11,2 17,3 114,3 8,7
Среднеполочная балка
20Д1А 207 133 5,8 8,4 26,7 37,5
20Д2А 210 134 6,4 10,0 31,5 31,7
25Д2А 258 146 6,1 9,1 32,9 30,4
25Д3А 262 147 6,6 11,0 38,8 25,8
Колонная балка
12KC 125 125 6.5 10.0 23.8 42.0
15K1C 150 150 7.0 10.0 31.5 31.7
15K1A 152 152 5.8 6.6 22.6 44.2
15K2A 157 153 6.6 9.3 30.1 33.2
15K3A 162 154 8.1 11.6 37.4 26.7
20K2A 203 203 7.2 11.0 46.0 21.7
20K3A 206 204 7.9 12.6 52.2 19.2
20K4A 210 205 9.1 14.2 59.3 16.9
20K5A 216 206 10.2 17.4 71.5 14.0
20K4C 200 204 12.0 12.0 56.2 17.8
25K1AC 246 256 10.5 10.7 63.5 15.7
25K4C 244 252 11.0 11.0 64.4 15.5
30K3C 294 302 12.0 12.0 84.5 11.8
31K1AC 299 306 11.0 11.0 79.2 12.6
31K3AC 308 310 15.4 15.5 111.4 9.0
35K3C 338 351 13.0 13.0 106.0 9.4
35K4C 344 354 16.0 16.0 131.0 7.6
40K9C 394 405 18.0 18.0 168.0 6.0

Особенности расчёта

Сечение балки зависит от трех параметров:

  • ширины проёма;
  • расстояния между балками;
  • планируемой нагрузки.

Средняя нагрузка обычно считается равной примерно 400 кг на квадратный метр (свой вес около 200 кг и допустимая нагрузка 200 кг). Для нежилых помещений эта величина может быть в два раза меньше.

Сечение прямо связано с шириной проёма. Чем он шире, тем больше должно быть значение. Здесь используется правило соотношения величины проёма и высоты балки, равное 1/25. Например, для проёма шириной 5 м нужна балка высотой 200 см. Чаще всего используется сечение 5-16 см в ширину и 14-24 см в длину прямоугольной формы.

Сегодня произвести расчёт деревянных балок перекрытия можно, используя калькуляторы, находящиеся в бесплатном доступе в сети или готовые таблицы.

Таблица расчёта сечений в сантиметрах для нагрузки 400 кг на метр квадратный

Проём, м/шаг, м

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,6

75 х 100

75 х 100

75 х 200

100 х 200

100 х 200

125 х 200

150 х 225

1,0

75 х 150

100 х 150

100 х 175

125 х 200

150 х 2001

150 х 225

175 х 250

После завершения расчётов можно начинать устанавливать деревянные перекрытия.

Виды металлических балок для перекрытий

Балка – представляет собой длинномерный элемент, длина которого значительно больше характерного размера для поперечного сечения.

В составе строительных конструкций балка работает, главным образом, на изгиб, поэтому ее рекомендуется изготавливать с тонкостенным поперечным сечением.

Наиболее востребованными являются балки двутаврового сечения, представляющие собой Н-образный профиль, который образован двумя параллельными полками и соединяющей их стенкой.

Рис.1 — Двутавровые балки на холодильнике прокатного стана

В строительстве используются балки перекрытия из различных материалов. Наиболее востребованным вариантом является сварной или катанный двутавр. Расчет металлических балок перекрытия ведется, исходя из количества опор, схемы опирания на стены и крепления к основанию, условий эксплуатации и других факторов. На основании расчета выбирается наиболее экономически приемлемый вариант балки.

Читайте также:  Монолитная плита перекрытия: чертежи и схемы

При необходимости выполняется усиление металлических балок перекрытия. Такие мероприятия требуется проводить, если в процессе эксплуатации этот элемент подвергается горизонтальным нагрузкам, которые могут привести к снижению его характеристик и разрушению. Во избежание этого явления металлические балки усиливают одним из следующих способов:

  • применение накладок для увеличения сечения (рис. 2а, 2б);
  • обетонирование (рис 2в);
  • использование шпренгеля (рис. 2г);
  • применение распорных или натяжных устройств для регулировки напряжений (рис. 2 д, 2е);
  • использование дополнительных опор (рис 2 ж, 2з).

Рис. 2 — Методы усиления балок

В зависимости от метода изготовления выделяют следующие виды металлических балок перекрытия:

  • горячекатаные двутавры – наиболее дешевый и простой вариант, который предполагает использование серийно выпускаемого проката;
  • сварные, болтовые, клепаные балки – изготавливаются специализированными предприятиями и позволяют решать нестандартные строительные задачи.

Горячекатаные двутавровые металлические балки перекрытия

Основной объем используемого в строительстве двутавра изготавливается горячей прокаткой из непрерывнолитой заготовки. В зависимости от технологии производства и геометрических характеристик продукции выделяют несколько групп балок.

Двутавры с уклоном граней полок по ГОСТ 8239

Этот вид продукции отличается наличием уклона внутренних граней полок относительно внешних в пределах 6-12°. Такая продукция имеет следующие характеристики:

  • выпускаемые профили – от балки 10 до балки 60 (число обозначает высоту в сантиметрах);
  • ширина профиля – от 55 до 190 мм;
  • толщина стенки – от 4,5 до 12 мм;
  • толщина полок – от 7,2 до 17,8 мм.

В качестве балок перекрытий могут использоваться усиленные двутавры с уклоном полок по ГОСТ 19425, который изначально разрабатывались для изготовления подвесных путей и армирования шахтных стволов.

Рис.3 — Балка, имеющая уклон полок

Двутавры с параллельными гранями по ГОСТ 26020

В последнее время в строительстве отдается предпочтение более экономичным двутаврам, имеющим параллельные грани полок. Кроме указанного стандарта, такая продукция также производится по СТО АСЧМ 20-93 (имеет незначительное отличия по геометрии).

Характеристики нормальных двутавров:

  • выпускаемые профили – от балки 10Б1 до балки 100Б4 (число обозначает высоту в сантиметрах, буква «Б» — нормальный профиль, последняя цифра – номер типоразмера в группе с одинаковой высотой);
  • ширина профиля – от 55 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 4,1 до 19,5 мм;
  • толщина полок – от 5,7 до 32,5 мм.

Характеристики широкополочных двутавровых балок:

  • выпускаемые профили – от балки 20Ш1 до балки 70Ш5 (Ш – широкополочный тип);
  • ширина профиля – от 150 до 320 мм;
  • толщина стенки – от 6,0 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 9,0 до 36,5 мм.

Характеристики колонных балок двутавровых:

  • выпускаемые профили – от балки 20К1 до балки 40К5 (К – колонный тип);
  • ширина профиля – от 200 до 400 мм;
  • толщина стенки – от 6,5 до 23,0 мм;
  • толщина полок – от 10,0 до 35,5 мм.

Рис.4 — Балка, имеющая параллельные полки

Сварные, болтовые и клепаные балки перекрытия

Такой вариант используется, когда размеры металлических балок перекрытия отличаются от стандартных или катаные двутавры не удовлетворяют расчетным условиям по общей устойчивости, жесткости либо прочности. Кроме того, предпочтение «сборным» балкам отдается в случае их большей экономичности или лучшего уровня эксплуатационных характеристик.

Чаще всего используется сварная балка, которую изготавливают путем сварки автоматом под флюсом. На предварительном этапе осуществляется раскрой, зачистка и правка металла, разделка кромок под сварку, а затем, непосредственно, процесс соединения элементов в единое целое. После сварки готовое изделие правится для устранения термических деформаций (грибовидности).

Таким образом можно получать не только стандартные типоразмеры, но и изделия переменного сечения, усиленные или бистальные двутавры.

Межэтажное перекрытие швеллером.

Добрый день. Имеется площадь 6м*9м.

необходимо расчитать перекрытие с использованием стального швеллера номер 14 или 16.

по металлоконструкции будет досчатый пол 2-го этажа.

помогите расчитать через какое расстояние положить швеллер, какой швеллер использовать, примерную кострукцию.

В инете есть куча программ по сопромату. Да и комбинировать дерево с металлом мне как-то не по душе.

На 6м- не то, что 14, на 16- маловато будет. Хотя для чердачного перекрытия- пойдет. Сейчас лень считать. Я себе на 5м клал 16-й швеллер. Через 90см (по-моему, не помню точно). Если не найдёте больше нигде- посмотрю. Вобщем- сверху доска по лагам. Всё работает.

Да и комбинировать дерево с металлом мне как-то не по душе

у меня нет выбора. имеется старое строение, над которым сделана надстройка. ранее перекрытия были деревянными, сейчас неоходимо деревянные перекрытия убрать и сделать перекрытия металлом и сверху металлоконстр-и дощатый пол. это будет не чердак а жилое помещение.

прошу рекомендаций и расчет по устройству перекрытия, порекомендуйте номер швелера и конструкцию.

если интересно, то дам ссылки на дом и помещение, в заменить перекрытие.

Машинист написал : В инете есть куча программ по сопромату.

пожалуйста, не нужно отвечать, если нет желания помочь, я прошу помощи, кто может – посоветуйте, как перекрыть этаж я думаю, что в моем случае меньше трудозатрат при использовании металла, дерев-е балки там использовать уже не получается, старое перекрытие было сделано из балок, которые от времени прогнулись, поэтому уже не хочется связываться с деревом.