Монолитный участок по металлическим балкам

Обновлено: 18.05.2024

При расчете конструкций зданий и сооружений инженер выполняет построение расчетной модели из конечных элементов и, как правило, модель подходит только для одного расчетного случая. В заметке рассмотрим сложности при работе со стальной балочной клеткой, на которую опирается монолитная железобетонная плита.

Представим задачу: необходимо выполнить расчет несущей способности стальной балки, если известны конструкция балок (длина, шаг) и конструкция покрытия. По большинству рекомендаций инженер без труда вычислит грузовую площадь, составит расчетную схему в виде балки, приложит нагрузку и получит изгибающий момент, который и пойдет для проверки сечения.

Если необходимо учесть действие ветра на раму, то стоит собрать многоэтажную раму или все здание, приложить нагрузку ветра, получив при этом новые значения моментов. При креплении балок к колоннам с помощью жестких узлов отличие от значений одиночной балки будут существеннее. Итак, собрав схему, мы получим пространственную рамную конструкцию, загрузим ее также по грузовой площади, получим моменты и проверим сечение (рис. 2). Самое интересное начинается, когда в задании фигурирует неравномерная боковая нагрузка или, чаще всего, сейсмика.

Роль связевых элементов в здании со стальным каркасом нередко выполняют монолитные плиты перекрытия. Если не моделировать их, то получим изгибающий момент балок из плоскости, который непременно повлияет на проверку сечения (получится изгиб в двух плоскостях). Произвольная боковая нагрузка на схему и усилия от ее действия приведены на рис. 3. Изгибающие моменты в такой конструкции из плоскости кажутся не естественными, поскольку плита раскрепляет балку по всей длине, значит любые горизонтальные выгибы балки должны быть компенсированы жесткостью плиты. Пробуем смоделировать перекрытие по балкам с помощью традиционных пластинчатых элементов – КЭ тонкой оболочки. Присваиваем жесткость плите, анализируем результаты (см. рис. 4). В качестве инструмента по расчету конструкции подойдет практически любая программа, работающая на методе конечных элементов.

В итоге получаем следующие результаты расчета: изгибающий момент из плоскости балок стал равен нулю, но вместе с этим уменьшился и момент балки в плоскости! Это произошло по причине того, что плита теперь работает совместно с балками. О совместной работе сталежелезобетона в нашей стране долгое время существовали только рекомендации, не так давно появились нормы: СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные». В нормах говорится о работе плиты с учетом профлиста, дается понятие жесткой арматуры и, что важно для нашей задачи, как работает стальная балка с монолитной плитой. Также приводятся разные схемы работы конструкции, описываются разные особенности совместной работы. Так, в нормах сказано:

«4.4.4.8 Расчет поперечного сечения следует выполнять по стадиям, число которых определяется числом частей сечения, последовательно включаемых в работу. Для каждой части сечения действующие напряжения следует определять суммированием их по стадиям работы.»

В нашем случае изгибающий момент, согласно нормам, должен быть разделен также на стадии и складываться из:

Отсюда мы делаем вывод: рассматривать конструкцию с реальной жесткостью плиты не совсем правильно, поскольку момент в расчетной модели делится одновременно и на балку, и на плиту. В реальности же плита начинает работу только на второй стадии, причем я уверен, что не весь пролет будет работать совместно с балкой, а вероятно, только одна из частей. Алгоритмом работы с таким конструкциями может начинаться с вычисления момента в балке без работы плиты, а затем подбор сечения будет уточнен уже с учетом железобетонной конструкции.

Итак, приходим к выводу что ввод плиты в схему помогает устранить выгибы балок из плоскости, но вместе с этим уменьшает и изгибающий момент в плоскости конструкции. Получается, что здесь необходим такой пластинчатый конечный элемент, который бы в своей плоскости работал (растяжение-сжатие), а при изгибе «выключался». Такой элемент есть, он называется – пластинчатый КЭ плоского напряжения (балка-стенка). Также есть еще пластинчатый КЭ плоской деформации, но в данном случае он нам он не подходит, т.к. имеет продольное усилие, перпендикулярное плоскости пластине и применяется для толстых плит (соизмеримых с пролетом по толщине). Для нашей задачи мы используем элемент балка-стенка и получаем следующие результаты:

Изгибающие моменты в плоскости при использовании балки-стенки получились аналогичные схеме при полном отсутствии плит. Моменты из плоскости при боковой неравномерной нагрузке отсутствуют так же, как и в схеме с обычными пластинами. Нагрузка на балку-стенку не прикладывается, загружать необходимо балки!

Таким образом, использование балки-стенки дает возможность учесть работу перекрытия при выгибах балок. Это значит, что их жесткость будет учтена при всех боковых нагрузках на схему, в том числе динамических. Балка-стенка не позволит учесть требование норм по совместной работе железобетонного перекрытия и стальной балки. Вся нагрузка будет предаваться на балки, на учет жесткости плиты будет «идти в запас» несущей способности.

В описанном примере изображены скриншоты расчета в ПК ЛИРА 10.6, как очень удобного инструмента по созданию расчетных схем. ПК ЛИРА 10.6 – это одна из немногих программ, которая в демоверсии позволяет выполнить подобный расчет с проверкой сечений металлопроката и подбором армирования плит.

Вы можете скачать файл, где приведены расчеты данной задачи в ПК ЛИРА 10.6.

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.

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:

- 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.

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.

расчет монолитной плиты перекрытия по металлическим балкам

Пожалуйста не судите очень строго, я студентка учусь на 5 курсе по специальности ПГС на заочном отделении (певое образование дизайн), ж/б констукции будут только в следующем семестре, поэтому техническую и нормативную литературу разбирала самостоятельно без консультаций. Нагрузки увеличила (в запас). Момент в пролетах вместо М=qL2/11 взяла М=qL2/8.
Ниже прикладываю чертежи и расчеты. Заранее благодарю за помощь.

Спасибо за ответ.
А что скажете конкретно по расчетам?
Показала чертеж монолитных плит строителю, который будет заниматься в дальнейшем стройкой, он говорит, что диаметр арматуры нужно взять побольше.

Существующее здание в осях Б-Е, 4-11, 2 этажа, 2-ой этаж мансардный. Пристраиваются гараж с тамбуром оси А-З, 1-3, над гаражом бильярдная . Так же пристраивается гостиная в осях Ж-К, 5-10, над гостиной жилые комнаты будут и крыша полностью меняется, будет так как на чертеже, поэтому я и написала, что реконструкция.

Ну все зависит от строителей, от качества испонения, если все сделать по проекту и с такой арматурой простоит свой век, если сейфа большого нигде не поставят))

А вы бы так запроектировали?

Отсутствие достаточных знаний и опыта моим могам покоя не дают.

скорее всего нет, дело не только в разных заказчиках и разумеется нетолько в задании на проетирование и исходных данных, зачастую дело упирается в сортамент металлопроката который имеется. мой город не большой) вот недавно проектировал металокаркас для промздания приходилось выкручиваться на том что было на складах нескольких крупных поставщиков металла в нашем городе.

Спасибо за ваши ответы, за то, что откликнулись и высказали свое мнение.

Чуть позже я выложу чертежи, схемы армирования и расчеты монолитных участков перекрытия между 1-ым и 2-ым этажами. Буду надеятся, что вы их тоже посмотрите

Взялся за гуж не говори, что не дюж - это я о себе.

krikari, сам чертёж - тоже хороший. Цветов - практически нет. Названия слоёв:
Defpoints
Deftpoint
автомобиль
жирн
жирн1
жирн2
.
жирн6
тонкая
.
водка
крыша водка
imp
SHTRIHOV
Hatch
штрих
ofo
.
На отметке 3.000 уклонов кровли нет, в осях К/3 нарисован непонятной предмет, похожий на диван в разрезе (видимо, это ступеньки крыльца).
Стена в осях 3 и 4 нарисована 755мм толщиной, штриховки показаны только местами.
В осях З - К видимо, нарисовано крыльцо. Отметки крыльца нет. Ступеньки непонятно почему оторваны от крыльца Ось "З" ("Зэ") и ось "3" ("Три") очень похожи друг на друга. Поэтому на чертежах принято нумеровать ось, находящуюся после оси "Ж" - ось "И". По этой же причине не допускается ось "Ё".
На плане первого этажа у Вас стоят размеры осей. Почему Вы не пробили осевые линии до размеров? Почему там не стоят сами оси? Данные размеры только сбивают с толку человека, читающего Ваш чертёж.
Пробую выделить слой маркировки перемычек. Выделяю его. Он называется "Слой 1". Кнопка "Изоляция слоя" показывает, что в данном слое находятся с маркировки перемычек, оси, некоторые окна с маркировкой окон, некоторые ступеньки, нумерация помещений, их площади и ещё некоторые линии. Зачем Вы пользуетесь слоями?
Обозначения разрезов отсутствуют.
На плане 1 этажа нет отметок земли.
На чертежах есть масса линий, смысл которых нужно догадывать самому.
Из всего сантехфаянса на плане 1 этажа указан только один унитаз, хотя рядом явно расположен ещё один санузел.
Данный унитаз нарисован в слое "размеры", в котором находятся ещё некоторые штриховки, оси, кружки вокруг наименований помещений и стрелки лестниц.
Посмотрите на лестницу №2 на первом этаже.
Посмотрите на лестницу №3 на первом этаже!

Последний раз редактировалось kulvazab, 19.12.2012 в 18:08 . Причина: перепутал маркировку перемычкек перегородок и сами перегородки

Спасибо за конструктивные замечания, объязательно поправлю чертежи.

Только не поняла, что значит цветов практически нет, дело в том, что в курсовых проектах (на чертежах) я использую только черный цвет и мне преподаватели ничего неговорят о том чтобы что-то выделять другим цветом, как дизайнер я с удовольствием бы использовала другие цвета, для того чтобы чертеж лучше читался, но я думала, что линии на рабочих строительных чертежах должны быть черного цвета и иметь разную толщину.

Плита неразрезная - бабахайте в крайних пролётах и на вторых опорах то, что Вы сами написали - М=qL2/11. В средних пролётах и над средними опорами - М=qL2/14. Если двухпролётная - М=qL2/8 и в пролёте, и на опоре. Если препод будет докапываться - говорите пароль: Байков, Мандриков, Бондаренко. Он тут же испугается.
Если Ваша предыдущая профессия - дизайнер, то помогите, пожалуйста, в обратку - какими цветами красить помещения промзданий. Раньше был СН 181-70. Его ни у кого нет, обзвонил всех знакомых зодчих, никто не знает, что это такое. "Указания по проектированию цветовой отделки интерьеров производственных зданий промышленных предприятий. Госстрой СССР. 1971"

"Указания по проектированию цветовой отделки интерьеров производственных зданий промышленных предприятий. Госстрой СССР. 1971" СН 181-70

скорее всего имелось ввиду, то что в электронном виде удобнее использовать разные цвета слоев в чертеже, дабы чертеж легче читался в процессе проектирования. а на печать собственно выводить все в монохроме. хотя бывают и исключения, пару раз сталкивался с очень загруженными чертежами в которых использовались несколько цветов.

Обеспечение совместной работы металлической балки и монолитной плиты перекрытия

Здравствуйте. Собираемся проектировать монолитное железобетонное перекрытие по металлическим балкам. Возник вопрос как обеспечить совместную работу балки с плитой. Есть два варианта обеспечения совместности работы.
1. Замонолитить верхний пояс балки (двутавр) в плиту на определённую глубину.
2. Приварить анкера к верхнему поясу балки и их замонолитить, плита в данном случае будет лежать на верхнем поясе.
Первый вопрос.
-Какие плюсы и минусы каждого из способов, посоветуйте.
Второй вопрос.
-На какую глубину вводить верхний пояс балки в плиту, какие конструктивные требования существуют для такого случая.
Третий вопрос.
-С каким шагом, на каких участках балки располагать, анкера для обеспечения совместности работы, как их считать (расчёт в перекрытии по профлисту смотрели, но может кто знает где можно посмотреть расчёт без профилированного листа)
Вопрос по расчёту самих балок и плиты при совместной работе не стоит.
Может быть кто то знает литературу в которой это отражено, или поделится своим опытом. Заранее благодарен.

В первом способе получить совместность работы не удастся, поскольку сцепление будет минимальным между балкой и жб плитой.

Возник вопрос как обеспечить совместную работу балки с плитой. Есть два варианта обеспечения совместности работы.

Вопрос по расчёту самих балок и плиты на совместную работу не стоит.

Это как понять?
Используйте либо стадболты или другие решения по обеспечению анкеровки. Расчет можете глянуть в Еврокоде или американском нормативе.

Прошу прощения, описка))
Уже поправил, не стоит вопрос о расчёте самих конструкции при совместной их работе. Просто наталкивался тут на темы где это обсуждается.
Не подскажете литературу по расчёту стат болтов и где можно найти конструктивные требования при данном способе их применения

Чтобы плита и балка работали совместно нужно просто обеспечить воприятие продольных касательных напряжений. Поставить например уголки. А чтобы плита вертикально не "отрывалась" можно каркасик приварить по верхнему поясу
З.Ы. А конкретнее. Определяемся с расчетным сечением: балка + плита с грузового участка балки например. Находим приведенные геометрические характеристики относительно главных центральных осей. Определяем погонную касательную нагрузку: QS/I, где S - приведенный статический момент инерции полки, т.е. плиты. А потом,Ю например, задаемся уголком, сварными швами и ищем необходимый шаг уголков.
Я бы вот так сделал. Больше в голову ничего не пришло. Извиняюсь если што

Не подскажете литературу по расчёту стат болтов и где можно найти конструктивные требования при данном способе их применения

Вот здесь посмотрите http://dwg.ru/dnl/9182 , http://dwg.ru/dnl/1190 А вообще то расчет сталежелезобетонных перекрытий рассмотрен в СНиП "Мосты и тоннели"

Ну как же, Leonid555, в моем вложении поз. "6 - стержень, обеспечивающий совместную работу плиты со стальной балкой" , что и просил автор

Зыбкость монолитного перекрытия по металлическим балкам.

Я все таки думаю, все дело в самом по себе тонком перекрытии и + № балки подобраны впритык безо всякого запаса.
Вот.
Поэтому как мне кажется, можно усилить балки.
А можно все нафиг разобрать и собрать по хорошему - балки побольше, перекрытие потолще.
Что делать? Какие меры посоветуете принять?

Как-то не говорят так проектировщики, больше на производственников похоже

Не тонкое. 100мм это даже много для 1,5 метрового пролета.

это вообще ни причем - нагрузки еще нет.

на 10м попадается 10/1,5=6 балок, так что толщина перекрытия точно не причем.
Думаю дело в главных балках. Вообще надо смотреть систему и считать частоту колебаний - делал такое для сборных плит. Доказал что быть такого не может, люди согласились что показалось :-).

Если деньги есть, то да. Если деньги считаете не только в своём кармане, то выполните усиление балок, выполнив предварительно расчёт. Если будете выполнять усиление, а это сварка, надобно предусмотреть временные подпорки. Варианты усиления МК посмотрите в Download.

Если вы скажите пролёт балок и полезную нагрузку, вам почти сразу дадут ответ.
А вобще, скорее всего ваша плита не заанкерена к балкам (например усами из ар-ры), и поэтому всё шевелится

А вобще, скорее всего ваша плита не заанкерена к балкам (например усами из ар-ры), и поэтому всё шевелится

можно не анкерить, но тогда в первое время плита и балки как-бы притераются. Разные балки имеют разные пероначальные прогибы, и поэтому образуются зазоры между ними и плитой. Потом всё должно осесть и притереться))
Я всегда анкерю монолитные плиты, да и во многой литературе это показывается. имхо конечно

Откуда Вы взяли? Если уложены ряды двутавра одного номера, одинаковой длины, на них плита, одна нагрузка (здесь именно об этом и толкуется) и разный прогиб - из области фантастики.
Какая притирка? Это не клапаны в двигателе авто.

ни какой фантастики. даже при производстве работ балки загружены разной нагрузкой (крепление опалубки, материалы, механизмы и т.д.)

Паша П.М., дело не в разных прогибах. "Притирка" к балкам не требуется уже хотя бы потому, что плита не кладется а "заливается" в опалубку по профлисту.

Анкерные связи и упоры устанавливаются для обеспечения совместной работы ж.б. плиты и стального прогона как единой "комбинированной сталежелезобетонной балки". Несущая способность и жесткость такой конструкции на порядок выше, чем в случае, если плита и прогон работаю отдельно (плита свободно "скользит" по прогону).

Относительно вопроса автора темы, соглашусь, что предметно разговор можно вести только после получения пролетов и нагрузок.

На вскидку, для пролетов до 5-6м при небольших нагрузках (офисы, например) конструкция в виде монолитной ж.б. плиты толщиной 100мм по 25-м балкам с шагом 1.5м при нормальной анкеровке имеет право на существование.

Читайте также: