Что такое металлические балки перекрытия, как их рассчитать и смонтировать?

Перекрытия из металла являются конструкцией, используемой в качестве строительного материала при строительстве различных частных и промышленных объектов.
Перед покупкой материала необходимо произвести необходимые расчеты и убедиться, что для строительства объекта подойдут металлические элементы перекрытия.

Рассмотрим и разберемся с ними подробнее.

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.

Процедура изготовления осуществляется в несколько этапов, после чего готовое изделие проверяется на соответствие ГОСТам.

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.

  Читайте также:  Как подобрать крепёж для колёс самостоятельно
• «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.

На заметку: балки перекрытий из металла также можно использовать при строительстве малоэтажных частных домов.

Применяемые материалы и оборудование

В качестве несущих балок используют различные виды металлического проката:

• двутавр номер 16 или 20;
• швеллер высотой до 20 см;
• уголок, сваренный в силовой каркас.

Для формирования выбранного конструктивного варианта, помимо несущих элементов, потребуются следующие материалы:

• бетонная смесь для формирования цельной основы;
• стандартные блоки из ячеистого бетона для сборно-монолитного варианта;
• строганные доски или готовые бетонные панели для составной конструкции.

Для усиления применяются арматурные прутки, диаметр которых соответствует результатам выполненных расчетов.

Сооружение опалубки потребует применения следующих стройматериалов:

• деревянных щитов или влагостойкой фанеры толщиной 2 см и более;
• полиэтиленовой пленки для гидроизоляции бетонного массива;
• подпорок из металла или древесины, обеспечивающих устойчивость опалубки.

Для разных типов домов используют как перекрытия по металлическим балкам, так и по деревянным, а также железобетонным

Следует также подготовить оборудование:

• бетоносмеситель, ускоряющий процесс приготовления рабочего состава;
• сварочный аппарат, предназначенный для сварки арматурного каркаса.

Специальный инструмент для строительных мероприятий не требуется. Используется набор инструментов, имеющийся в арсенале каждого домашнего умельца.

Разновидности

Металлические конструкции отличаются по многим признакам. Это рекомендуется учитывать при выборе изделия.

По назначению

С помощью металлических балок можно создать качественное прочное перекрытие, выбрав один из вариантов.

1. 
   Монолитное. В опалубку заливается бетон, производится усиление решеткой из арматуры. Поверхность получается бесшовной, отличается высокой прочностью.

2. Монолитно-сборное. В этом случае помимо металлических балок используются бетонные блоки, которые укладываются на стальной профиль. Участки стыков заливаются бетоном.
3. Составное. Используется комбинация материалов, то есть на несущие металлические изделия укладываются плиты, доски, панели. Этот вариант предполагает создание дополнительного утепления и звукоизоляции поверхности.

По материалу: стальные и алюминиевые

Металлические конструкции могут изготовляться из разных материалов. Самыми популярными являются стальные и алюминиевые балки для перекрытий.

• Стальные изделия изготавливаются из сплава стали способом холодного или горячего катания. Стальные конструкции бывают нескольких видов: уголок, швеллер, двутавр. Из преимуществ стальных балок можно выделить огнеустойчивость, устойчивость к гниению и внешним факторам, высокую прочность.
  Основными недостатками являются: высокая стоимость, низкие показатели тепло и звукоизоляции, риск образования коррозии. Монтаж стальных конструкций невозможно осуществлять без привлечения специальной техники.
• Алюминиевые балки. При их изготовлении используется не просто алюминий, а его сплавы. В строительстве такие изделия применяются реже, чем стальные аналоги, так как они уступают по показателям устойчивости при сильных нагрузках. Чаще всего алюминиевые балки применяют при строительстве малогабаритных зданий. При возведении промышленных объектов изделия из данного металла применяются только в комбинации со стальными конструкциями.

По конструкции

В современном строительстве применяют несколько разновидностей металлических балок, различных по конструкции.

1. 
   Тавровые. Основное сечение представляет собой стенку и полку в виде буквы «Т».

2. Двутавровые. Сечение металлопроката выглядит как буква «Н». Изделие отличается большей жесткостью, чем тавровое, за счет того, что с противоположной стороны имеет дополнительную полку.
   Двутавровые элементы подразделяются на несколько видов, каждый из которых имеет маркировку:
   • Б – стандартные двутавры.

   Ш – изделие с широкими полями.

3. У – узкополочные конструкции.
4. Д – среднеполочные изделия.
5. К – колонные балки. Ширина полки такого элемента может равняться высоте изделия.

Существуют двутавры не с параллельными, а с наклонными полками. Их классифицируют на специальные и обычные. Их характеристики регламентирует ГОСТ 19425-74.

6. Швеллер. Сечение элемента представляет собой букву «П». Эти балки считаются универсальными, применяются во всех сферах промышленности.

Выбор сечения двутавра – другие виды изделий

Подбор сечения профиля для специального горячекатаного профиля будет отличаться. Во многом это определяется уклоном внутренних граней полок. ГОСТ 19425-74 еще ГОСТом Р 57837-2017 заменить гениальная мысль не пришла в головы (шутка). Если кратко, то существует два основных вида специальной двутавровой балки. Первый – М (подвесная, монорельсовая). Соотношение основания двутавра к ширине полок примерно 2/1 или 3/1. С – для армирования стволов шахт. Сечение отличается значительным уклоном внутренних граней полок.

Обращайте внимание что все еще есть на рынке и двутавровая балка У. Буква указывает на то что это узкополочный прокат. Характерная черта сечения – узкие полки.

И последний тип горячекатаного двутавра – Д. Это обозначает дополнительный. По ГОСТ Р 57837-2017 маркируется как ДК и ДБ. Изготавливается по требованиям заказчика. Какое нужно сечение, такое и сделают под заказ. Особенно актуально когда стоит сложная, нетривиальная инженерная задача при проектировании уникальных металлоконструкций. Среди характерных черт сечения – ширина полки. Она меньше чем ширина полки у широкополочного двутавра. Но при этом ширина полки двутавра Д меньше чем ширина полки у двутавра нормального типа. Хотя бывают и исключения.

Подводя итог скажем так. Подбор сечения двутавра определяется сложными расчетами. Форма профиля зависит от основных параметров проката и определяет его тип. Иногда характеристики типа определяют вид сечения. С особой тщательностью надо выполнять выбор сечения двутавра для нагруженных конструкций. Остались вопросы? Требуется двутавровая балка? Обращайтесь!

Требования

Все требования, предъявляемые к балкам из металла, четко обозначены в ГОСТах и СНиПах. Основными требованиями являются:

• Прочность. В зависимости от типа материала, используемого при изготовлении изделия, показатели прочности могут отличаться, но они должны соответствовать значениям, указанным в нормативных документах.
• Период эксплуатации. Металлические конструкции, согласно ГОСТ, должны прослужить минимум 80 лет.
• Устойчивость к коррозии. Готовые элементы должны быть дополнительно обработаны составами, предотвращающими образование коррозии.

Характеристики

Балки перекрытий, в зависимости от технологии производства, имеют различные характеристики.

1. 
   Двутавры с наклонными полками. Угол уклона 6-12 градусов. Основные параметры:

   длина – 10-60 см;
2. ширина – 5,5-19 см;
3. толщина полки – 7,2 мм-1,8 см;
4. толщина стенки – 4,5мм-1,2 см.
5. Двутавры с параллельными гранями (ГОСТ 26020, СТО АСЧМ 20-93) имеют иные характеристики:
   длина — Б-1 – 100 Б-4;
6. толщина полок – 5,7 мм-3,3 см;
7. ширина профиля – 55 мм-32 см;
8. толщина стенки – 4,1 мм-1,95 см.
9. Широкополочные металлические конструкции имеют следующие характеристики:
   длина — 20Ш1- 70Ш5;
10. ширина профиля – 15-32 см;
11. толщина стенки – 6,0 мм- 2,3 см;
12. толщина полок – от 9 мм -3,65 см.
13. Колонные балки имеют следующие показатели:
    длина – 20 К1-40 К5;
14. ширина профиля – от 20 до 40 см;
15. толщина стенки – от 6,5 до 2,3 см;
16. толщина полок – 1-3,55 см.

Железобетонные ребра жесткости для дома

Согласно стандартам, имеется целых 16 видов балок из железобетона! Наиболее часто используются четыре: стропильная, с параллельными поясами; односкатная; двускатная; подстропильная. Особенность подобных “ребер” в том, что их можно изготавливать не только на производстве, но и самостоятельно. Однако тут есть тоже свои стандарты при расчетах:

• армирование идет по схеме: диаметр прута 12–14 мм, укладка в 4 ряда – 2 сверху, 2 снизу;
• заливка непрерывная, в один прием;
• высота изготовленной балки не ниже 5 % от длины проема;
• пропорция ширины – 7 единиц высоты к 5 единицам ширины.

Стропильная перемычка из железобетона

Помимо преимуществ (оптимальное распределение нагрузки, надежность, неподверженность коррозии, долговечность), есть и существенные недостатки, ограничивающие применение подобных перекрытий. Это необходимость использования специальных приспособлений и большой вес.

Расчет

При планировании устройства потолка или пола с помощью металлических балок, рекомендуется грамотно выполнить необходимые расчеты.

Какие показатели учитывать?

При проведении расчетов учитывается одновременно целый ряд факторов:

• площадь строящейся поверхности;
• общий вес;
• расстояние между металлическими балками;
• максимально возможную нагрузку;
• ширину пролета.

Чем больше ширина пролета, тем высота металлических изделий должна быть больше.

Формулы

Расчет производится по прочности и жесткости изделия. Вычислив значения в таблицах ГОСТа можно найти необходимый номер проката.

Линейная нагрузка рассчитывается по формуле q = Q * p и используется в последующих расчетах.

Расчет на прогиб рассчитывается по формуле My = (q * L2) / 8, где:

• q – величина линейной нагрузки;
• p – шаг укладки балок;
• L – длина перекрываемого пролета.

Максимальный момент сопротивления сечения балки (Wy) находится делением изгибающего момента на расчетное сопротивление материала.

Расчет на жесткость осуществлять по формуле f = 5 * q * L4 / (384 * E * Jy), где:

• q – линейная нагрузка на балку;
• L – длина пролета;
• E – модуль упругости материала
• Jy – минимальный момент инерции.

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.

Выбор подходящего номера металлопроката, соответствующего высоте профиля, осуществляется с учетом воспринимаемой нагрузки.

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

Особенности процесса монтажа

Процедура устройства перекрытий с использованием металлических балок имеет определенные особенности, которые необходимо знать и четко соблюдать.

1. 
   Обязательно наличие четкой схемы постройки с произведенными расчетами на прочность и изгиб изделий.

2. К боковым граням балок крепятся бруски сечением 60х60, после чего размещается накат из досок.
3. Накат накрывается слоем утеплителя, выполняющего функции звуко и теплоизоляции.
4. Шаг между стальными балками не должен превышать 150 см, оптимальное расстояние – 100 см.
5. Глубина опирания концов металлических конструкций на стены – максимум 25 см.
6. Чтобы добиться большей звукоизоляции можно использовать не обычные, а пружинные скобы.

Плюсы и минусы применения в зданиях

Конструкции из металла обладают рядом преимуществ, благодаря которым материал широко используется:

• повышенной прочностью;
• огнестойкостью;
• устойчивостью к внешним факторам;
• повышенной надежностью;
• большим периодом эксплуатации;
• возможностью усилить уже построенное здание;
• увеличенной несущей способностью.

Однако такие балки имеют и свои недостатки, которые также следует учитывать:

• сложность проведения строительных работ;
• необходимость задействовать тяжелую технику;
• металл может подвергаться коррозии;
• требуется производить сложные подсчеты, с чем у новичка могут возникнуть серьезные сложности.

Цены на все виды

В строительстве чаще всего используются двутавровые металлические балки. Средняя стоимость продукции представлена в таблице.