Сбор нагрузок производится всегда, когда нужно рассчитать несущую способность строительных конструкций. В частности, для перекрытий нагрузки собираются с целью определения толщины, шага и сечения арматуры железобетонного перекрытия, сечения и шага балок деревянного перекрытия, вида, шага и номера металлических балок (швеллер, двутавр и т.д.).
Сбор нагрузок производится с учетом требований СНиПа 2.01.07-85* (или по новому СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция". Данное мероприятие для перекрытия жилого дома включает в себя следующую последовательность:
1. Определение веса "пирога" перекрытия.
В "пирог" входят: ограждающие конструкции (например, монолитная железобетонная плита), теплоизоляционные и пароизоляционные материалы, выравнивающие материалы (например, стяжка или наливной пол), покрытие пола (линолеум, паркет, ламинат и т.д.). Для определения веса того или иного слоя нужно знать плотность материала и его толщину.
2. Определение временной нагрузки.
К временным нагрузкам относятся мебель, техника, люди, животные, т.е. все то, что способно двигаться или переставляться местами. Их нормативные значения можно найти в таблице 8.3. . Например, для квартир жилых домов нормативное значение равномерно распределенной нагрузки составляет 150 кг/м2.
3. Определение расчетной нагрузки.
Делается это с помощью коэффициентов надежности по нагрузки, которые можно найти в том же СНиПе. Для веса строительных конструкций и грунтов - это таблица 7.1 . Что касается равномерно распределенной временной нагрузки и нагрузки от материалов, то здесь коэффициент надежности берется в зависимости от нормативного значения по пункту 8.2.2 . Так, по нему, если вес составляет менее 200 кг/м2 коэффициент равен 1,3, если равен или более 200 кг/м2 - 1,2. Также данный пункт регламентирует значение нормативной нагрузки от веса перегородок, которая должна равняться не менее 50 кг/м2.
4. Сложение.
В конце необходимо сложить все расчетные и нормативные значения с целью определения общего значения для дальнейшего использования их в расчете на несущую способность.
В случае сбора нагрузок на балку ситуация та же. Только после получения конечных значений их нужно будет преобразовать из кг/м2 в кг/м. Делается это с помощью умножения общей расчетной или нормативной нагрузки на величину пролета.
Для того, чтобы материал был более понятен, рассмотрим два примера. В первом примере соберем нагрузки на перекрытие, а во втором на балку. Пример 1.
Сбор нагрузок на междуэтажное перекрытие жилого дома.
Имеется перекрытие, состоящее из следующих слоев:
На перекрытие опирается одна кирпичная перегородка. Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) перекрытия. Для наглядности весь процесс сбора нагрузок произведем в таблице.
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Железобетонная плита перекрытия (многопустотная) толщиной 220 мм Цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм Утепленный линолеум Перегородки Временные нагрузки: Жилые помещения |
|||
| ИТОГО | 549 кг/м2 | 645,7 кг/м2 |
Сбор нагрузок на балку перекрытия.
Имеется перекрытие, которое опирается на деревянные балки, состоящее из следующих слоев:
Шаг деревянных балок - 600 мм.
Также на перекрытие опирается перегородка из гипсокартонных листов. Определение нагрузок на балку производится в два этапа:
| Вид нагрузки | Норм. | Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Дощатый пол из сосны (ρ=520 кг/м3) толщиной 40 мм Линолеум Перегородки Временные нагрузки: Жилые помещения |
6,5 кг/м2 |
||
| ИТОГО | 225,8 кг/м2 | 279,4 кг/м2 |
Определение нормативной нагрузки на балку: q норм = 225,8кг/м 2 *(0,3м+0,3м) = 135,48 кг/м.
Определение расчетной нагрузки на балку: q расч = 279,4кг/м 2 *(0,3м+0,3м) = 167,64 кг/м.
Сбор нагрузок производится всегда, когда нужно рассчитать несущую способность строительных конструкций. В частности, для перекрытий нагрузки собираются с целью определения толщины, шага и сечения арматуры железобетонного перекрытия, сечения и шага балок деревянного перекрытия, вида, шага и номера металлических балок (швеллер, двутавр и т.д.).
Сбор нагрузок производится с учетом требований СНиПа 2.01.07-85* (или по новому СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .
Данное мероприятие для перекрытия жилого дома включает в себя следующую последовательность:
1. Определение веса "пирога" перекрытия.
В "пирог" входят: ограждающие конструкции (например, монолитная железобетонная плита), теплоизоляционные и пароизоляционные материалы, выравнивающие материалы (например, стяжка или наливной пол), покрытие пола (линолеум, паркет, ламинат и т.д.).
Для определения веса того или иного слоя нужно знать плотность материала и его толщину.
2. Определение временной нагрузки.
К временным нагрузкам относятся мебель, техника, люди, животные, т.е. все то, что способно двигаться или переставляться местами. Их нормативные значения можно найти в таблице 8.3. . Например, для квартир жилых домов нормативное значение равномерно распределенной нагрузки составляет 150 кг/м2.
3. Определение расчетной нагрузки.
Делается это с помощью коэффициентов надежности по нагрузки, которые можно найти в том же СНиПе. Для веса строительных конструкций и грунтов - это таблица 7.1 . Что касается равномерно распределенной временной нагрузки и нагрузки от материалов, то здесь коэффициент надежности берется в зависимости от нормативного значения по пункту 8.2.2 . Так, по нему, если вес составляет менее 200 кг/м2 коэффициент равен 1,3, если равен или более 200 кг/м2 - 1,2. Также данный пункт регламентирует значение нормативной нагрузки от веса перегородок, которая должна равняться не менее 50 кг/м2.
4. Сложение.
В конце необходимо сложить все расчетные и нормативные значения с целью определения общего значения для дальнейшего использования их в расчете на несущую способность.
В случае сбора нагрузок на балку ситуация та же. Только после получения конечных значений их нужно будет преобразовать из кг/м2 в кг/м. Делается это с помощью умножения общей расчетной или нормативной нагрузки на величину пролета.
Для того, чтобы материал был более понятен, рассмотрим два примера. В первом примере соберем нагрузки на перекрытие, а во втором на балку.
А после рассмотрения примеров с целью экономии времени можно воспользоваться специальным калькулятором . Он позволяет в режиме онлайн собрать нагрузки на перекрытие, стены и балки перекрытия.
Имеется перекрытие, состоящее из следующих слоев:
1. Многопустотная железобетонная плита - 220 мм.
2. Цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) - 30 мм.
3. Утепленный линолеум.
На перекрытие опирается одна кирпичная перегородка.
Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) перекрытия. Для наглядности весь процесс сбора нагрузок произведем в таблице.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Железобетонная плита перекрытия (многопустотная) толщиной 220 мм Цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм Утепленный линолеум Перегородки Временные нагрузки: Жилые помещения |
|||
| ИТОГО | 549 кг/м2 | 645,7 кг/м2 |
Имеется перекрытие, которое опирается на деревянные балки, состоящее из следующих слоев:
1. Доска из сосны (ρ=520 кг/м3) - 40 мм.
2. Линолеум.
Шаг деревянных балок - 600 мм.
Также на перекрытие опирается перегородка из гипсокартонных листов.
Определение нагрузок на балку производится в два этапа:
1 этап - составляем таблицу, как описано выше, т.е. определяем нагрузки, действующие на 1 м2.
2 этап - преобразовываем нагрузки из 1кг/м2 в 1 кг/п.м.
| Вид нагрузки | Норм. |
Коэф. | Расч. |
|
Постоянные нагрузки: Дощатый пол из сосны (ρ=520 кг/м3) толщиной 40 мм Линолеум Перегородки Временные нагрузки: Жилые помещения |
6,5 кг/м2 |
||
| ИТОГО | 225,8 кг/м2 | 279,4 кг/м2 |
Определение нормативной нагрузки на балку:
q норм = 225,8кг/м2*(0,3м+0,3м) = 135,48 кг/м.
Определение расчетной нагрузки на балку:
q расч = 279,4кг/м2*(0,3м+0,3м) = 167,64 кг/м.
Чтобы расширить область применения приведенных формул, дополнительно произведен расчет сечения металлической перемычки для кирпичной несущей стены на которую опираются плиты перекрытия (результаты выделены красным цветом ) или балки перекрытия (результаты выделены синим цветом ).
1. Определение нагрузок на 1 погонный метр перемычки:
1.1 От веса кладки:
q 1 = p х b х h м/п,
где,
p
в кг/м³ - плотность материала, из которого выкладывается стена, в том числе кладочного раствора и штукатурки. Плотность цементного раствора на обычном кварцевом песке - до 2200, что теоретически нужно учитывать при работе с пустотелым кирпичом, гипсовыми блоками и блоками из легких бетонов, но чтобы не заморачиваться с определением доли раствора в кладке, можно просто умножить плотность материала на 1,1 или принять максимальное из нижеприведенных.
Примечание:
cтроительная механика рассматривает балки как стержни, высота и ширина которых не имеет существенного значения по сравнению с длиной. Поэтому, при определении распределенной нагрузки от веса кладки мы умножаем плотность кирпича на высоту и ширину кирпичной кладки, получая распределенную нагрузку на 1 м/п, а если бы мы еще умножили эту распределенную нагрузку на 1 метр длины, то получили бы вес 1 метра погонного кладки.
Для справки:
Плотность полнотелого кирпича 1600 - 1900 кг/м³
- плотность пустотелого кирпича 1000 - 1450 кг/м³
- плотность блоков из пенобетона, газобетона, ячеистого бетона 300 - 1600 кг/м³
- плотность гипсовых блоков 900 - 1200 кг/м³
Например:
Если стена над перемычкой будет выкладываться из пустотелого кирпича, то можно принять значение
p
= 1500 кг/м³
- для гипсовых блоков p
= 1200 кг/м³
- для блоков из легкого бетона - в зависимости от плотности бетона. Чтобы определить эту самую плотность, нужно взвесить 1 блок (или попытаться приблизительно определить вес блока, просто подняв его), а потом разделить вес на высоту, ширину и толщину блока. Например, если блок весит 20 кг и имеет размеры 0,3х0,6х0,1 м, то плотность блока будет 20/(0,3х0,6х0,1) = 1111 кг/м 3 . Таким же образом можно определить и плотность кирпича.
- во всех остальных случаях (особенно в том случае, если Вы не знаете плотность материала и не можете определить его плотность) p
= 1900 кг/м³
b - толщина стены в метрах, например для кирпичной стены в два кирпича следует принимать = 0,51-0,55 м, для стен, не отделываемых мокрой штукатуркой - 0,51 м, для стен, отделываемых мокрой штукатуркой только внутри помещений - 0,53 м, для стен, отделываемых мокрой штукатуркой и внутри и снаружи - 0,55 м.
h - высота кладки над перемычкой. Тут сразу могут возникнуть вопросы: а что если высота кладки над перемычкой 10 метров, неужели всю эту высоту нужно учитывать, это какое ж сечение будет у перемычки при такой нагрузке?
Ответ на эти вопросы будет следующим: любая нагрузка перераспределяется таким образом, что на перемычку будет активно действовать только нагрузка от следующего участка стены:
т.е. для расчетов можно принимать высоту h равной половине длины L перемычки. Конечно, в данном случае распределенная нагрузка будет не равномерной, а изменяющейся по длине перемычки (в этом случае следует воспользоваться соответствующей расчетной схемой для определения максимального изгибающего момента), но не будем усложнять и так сложное. Если над расчетным проемом будет еще один проем, то высота кладки в этом случае будет равна расстоянию между верхом нижнего проема и низом верхнего проема.
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены толщиной в 2 кирпича нагрузка
q 1 = 1900 х 0,53 х 0,5 х 1,5 = 755,3 кг/м
1.2. От собственного веса металлической перемычки:
q 2 = n х P ,
где,
n
- количество уголков, швеллеров или других профилей,
P - собственный вес 1 погонного метра уголка или швеллера, определяемый по сортаменту, тут есть небольшая закавыка, ибо как можно знать вес прокатного профиля, если его сечение только определяется, но как правило для металлических перемычек вес перемычки не превышает 1-2% от веса стены или перегородки над перемычкой, а потому этот вес можно учесть поправочным коэффициентом 1,1, учитывающим все неучтенные моменты. Если Вы в чем-то сомневаетесь можно принять значение коэффициента равным 1,2 и даже 1,5.
1.3. От отделочных материалов стен.
Стены могут отделываться различными материалами: сухой или мокрой штукатуркой, керамической плиткой, натуральным или искусственным камнем, пластиковыми или алюминиевыми панелями и т.д. Нагрузки от этих отделочных материалов должны учитываться при расчете. Если стены просто будут штукатуриться с одной или с двух сторон, то тогда эта нагрузка уже учтена в пункте 1.1. Если Вы пока не знаете, чем будут отделываться стены, или знаете, но не можете рассчитать, то умножьте нагрузку от кладки на поправочный коэффициент 1,2-1,3.
1.4.1. От плит перекрытия.
Кроме того, что плиты перекрытия сами по себе весят не мало, так еще нужно учитывать нагрузку от стяжки, утепления, напольного покрытия, мебели и гостей. Чтобы хоть как-то упростить этот процесс, можно принимать вес плит перекрытий и всех выше перечисленных нагрузок в пределах 800-1000 кг/м². Пустотные плиты перекрытия весят около 320 кг/м², еще до 100 кг/м² дает утепление и стяжка, а остальное - нагрузка от мебели, гостей и других неожиданностей. Чтобы определить нагрузку от плит перекрытия и всего, что на плитах перекрытия, нужно знать длину плит перекрытия.
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены толщиной в 2 кирпича с пустотными плитами перекрытия длиной 6 м нагрузка q 4 = 800 х 0,5 х 6 = 2400 кг/м
Таким образом погонная расчетная нагрузка на перемычку составляет:
q = q 1 + q 2 + q 3 + q 4
Для проема шириной 1,5 м для кирпичной перегородки толщиной в 2 кирпича, оштукатуренной с одной стороны, полная расчетная нагрузка q = 755,3 + 0,015х755,3 + 2400 = 3167 кг/м
1.4.2. От балок перекрытия.
Если балки перекрытия будут находиться на расстоянии 0,5 м от перемычки и выше, то нагрузку от балок перекрытия и перекрытия можно считать распределенной, и дальнейший расчет перемычки вести, как для перемычки на которую опираются плиты перекрытия, но если для междуэтажных перекрытий используются балки и балки находятся на небольшой высоте от перемычки, то в этом случае нагрузка будет точечной и при расчете нужно учитывать, куда будут опираться балки перекрытия:
Под схемой расположения балок дана эпюра изгибающего момента, действующего на балку, в нашем случае перемычку. Если балки перекрытия не будут попадать на перемычку, то нагрузка от балок перекрытия при расчете вообще не учитывается. Как видно из приведенных схем, максимальный изгибающий момент будет действовать на перемычку, если балка перекрытия будет расположена посредине:
М max = (Q х l) / 4
А значение нагрузки Q от балки перекрытия будет зависеть от расстояния между балками перекрытия.
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены с перекрытием по балкам длиной 6 м, при расстоянии между балками 1 м нагрузка Q = 800 х 0,5 х 6 = 2400 кг
2. Подбор сечения.
2.1.1 Максимальный изгибающий момент для бесконсольной балки на шарнирных опорах , а в нашем случае перемычки, на которую действует распределенная нагрузка (в частности плиты перекрытия), будет посредине балки:
М max = (q х l 2) / 8
2.1.2 Максимальный изгибающий момент для перемычки, на которую действует и распределенная (вес кладки, отделочных материалов и самой перемычки) и сосредоточенная нагрузка (балки перекрытия), также будет посредине балки, но рассчитывается момент по другой формуле:
М max = (q х l 2) / 8 + (Q х l) / 4
Примечание: если концы профилей будут опираться на простенки более чем на 300 мм, то балку можно рассматривать не как лежащую на двух опорах, а как защемленную с двух сторон, в этом случае максимальный изгибающий момент будет на опорах: М max = (q х l 2) / 12 , а изгибающий момент от сосредоточенной нагрузки М max = (Q х l) / 8 .
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены с плитами перекрытия
М max = (3167 х 1,5 2) / 8 = 890,7 кг·м.
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены с балками перекрытия
М max = (755,3 х 1,1 х 1,5 2) / 8 + (2400 х 1,5)/4 = 233,7 + 900 = 1133,7 кг·м
2.2 Требуемый момент сопротивления:
W треб = М max / R y
где,
R y
- расчетное сопротивление стали. Ry = 2100 кгс/см² (210 МПа)
Примечание: Вообще-то расчетное сопротивление зависит от класса прочности стали и может достигать значения 4400, но лучше принимать 2100, как наиболее распространенное. Если будут использоваться два металлических профиля для перемычки, то значение W треб нужно разделить на 2, если 3 профиля, то разделить на 3 и так далее.
W треб = (890,7 х 100) / (2100 х 2) = 21,21 см 3
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены с перемычкой из 2 профилей
W треб = (1133,7 х 100) / (2100 х 2) = 27,0 см 3
2.4. Ну а теперь все просто, сначала определяемся с типом профиля. Перемычку можно сделать из горячекатанных стальных уголков, равнополочных или неравнополочных, швеллеров двутавров, профильных труб. Если, например перемычка будет из уголков, открываем соответствующий сортамент, и смотрим, чтобы значение момента сопротивления было больше полученного при расчете. Тут главное не путать оси, относительно которых действует изгибающий момент. В сортаментах эти оси могут называться по-разному. Здесь ось, относительно которой в поперечном сечении возникают сжимающие и растягивающие напряжения обозначена как z , в сортаментах эта ось может быть обозначена как х . Но важно не название, а принцип, когда мы определяли максимальный изгибающий момент, действующий на поперечное сечение балки, то длина балки l измерялась по оси х , высота балки по оси у , а ширина балки по оси z . Таким образом, какой сортамент Вы бы не взяли, и как ни называлась бы ось, главное, чтобы по этой оси определялась ширина балки.
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены толщиной в 2 кирпича достаточно 2 неравнополочных уголков 110 х 70 х 8 мм (по сортаменту для таких уголков W z = 23,22 см 3), или 2 швеллеров №8П (по сортаменту для таких швеллеров W z = 22,5 см 3)
Для проема длиной 1,5 м для кирпичной стены толщиной в 2 кирпича достаточно 2 неравнополочных уголков 125 х 80 х 8 мм (по сортаменту для таких уголков W z = 30,26 см 3), или 2 швеллеров №10П (по сортаменту для таких швеллеров W z = 34,9 см 3)
Ну а дальше все зависит от доступности такого профиля и удобства работы с ним, если в продаже таких профилей нет, или работать с ними неудобно, то принимается любой другой профиль с большим сечением. Кроме того, по конструктивным соображениям вместо 2 уголков удобнее использовать 4 уголка, чтобы потом было удобнее вести кирпичную кладку. Например вместо 2 уголков 110х70х8 можно использовать 4 уголка 90х56х5,5.
Примечание : Чем меньше расстояние от плит или балок перекрытия до перемычки, тем более неравномерным будет распределение нагрузки на перемычку. В связи с этим сечение профилей рекомендуется принимать больше на 5-20%. Кроме того профили нессиметричного сечения (неравнополочные и равнополочные уголки) рекомендуется связывать полосами металла для увеличения устойчивости уголков.
Опирать металлические перемычки на стены следует не менее чем на 250 мм, а в сейсмоопасных районах не менее чем на 400-500 мм.
После подбора сечения по максимальному изгибающему моменту желательно рассчитать прогиб балки, для этого даже есть специальная формула:
f = (5 x q x L 4) / (384 x E x I z)
где,
q
- нагрузка на перемычку определенная в п.1
L
- ширина проема
E
- модуль упругости, для стали Е
= 2 х 10 5 МПа или 2 х 10 10 кг/м²
I z
- момент инерции по сортаменту для выбранного профиля, умноженный на 10 -8 для перевода в метры (для 2 профилей это значение логично умножается на 2), тут главное, не ошибиться с осью.
Для перемычки из 2 уголков 110 х70 х 8 мм над проемом 1,5 м прогиб
f = (5 x 3167 x 1,5 4) / (384 x 2 x 10 10 х 2 x 171,54 х 10 -8) = 0,003045 м или 0,3 см
Для перемычки из 2 швеллеров 8П над проемом 1,5 м прогиб
f = (5 x 3167 x 1,5 4) / (384 x 2 x 10 10 х 2 x 89,8 х 10 -8) = 0,0058 м или 0,58 см
По требованиям СНиПа 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия" максимальная величина прогиба для перемычек не должна превышать 1/200 пролета, т.е. в нашем случае прогиб должен быть не более 150/200 = 0,75 см. Это условие нами соблюдено. Если такой прогиб перемычки Вас все равно не удовлетворяет, то нужно подбирать металлические профили большего сечения. Вот в принципе и все.
Примечание : если расчет производился на действие распределенной и сосредоточенной нагрузки, то расчет на прогиб удобней производить отдельно для распределенной и для сосредоточенной нагрузки, а затем полученные значения сложить.
Перемычка в строительном объекте - это короткое бетонное, металлическое или деревянное перекрытие над проемами, на которое укладываются кирпичи или другие блоки. Правильный монтаж перемычек на кирпичные стены предусматривает расчет нагрузки векторов от сил опирания. Если вес перемычки и стройматериала, уложенного на нее, давит на стену, то применяют сборные ж/б конструкции. При отсутствии нагрузок на стену, а также при ширине монтажных проемов ≤ 2 метра перемычки делаются ненесущими - из легких ж/б плит или кирпича, уложенного рядами на высокопрочный раствор и с закладкой элементов арматуры, на которую опирается нижний кирпичный ряд. С целью разнообразия архитектурных элементов могут использоваться не рядовые кирпичные перемычки, а конструкции в виде клинового элемента, а над большими пролетами строят арочные перемычки. Арочную кирпичную кладку обустраивают для системы перекрытий в сводчатых сооружениях.
Нагруженная кирпичная перемычка несет в себе риски разрушения конструкции или сдвига кладки, если вертикальные растворные швы будут пустыми или не полностью залитыми раствором. Чтобы этого не произошло, необходимо контролировать ровность горизонтальных рядов кирпича, правильно перевязывать кирпичи в кладке. Раствор для перемычки в кирпичных стенах используется марки 25 и выше. Максимальная высота рядового перекрытия - пять рядов кирпича, длина перекрытия — ≥ 0,5 метра ширины строительного проема.
Кирпичная перемычка строится, опираясь на опалубку, сделанную из доски-сороковки. Нижний слой цементного раствора укладывается толщиной ≥ 2 см, и в этот слой требуется уложить несколько рядов гладких арматурных прутьев Ø 6–8 мм по длине перемычки. Укладываются металлические перемычки по одной на полкирпича, при этом на всю длину перекрытия их должно быть не менее трех штук. Так как арматурные стержни в этой конструкции принимают на себя усилия на растяжение, то стержни нужно запускать за торцы проема на 0,25–0,3 м, а их концы - загибать на поверхность стены.
Каркас опалубки будет опираться на выступающие из стены кирпичи, которые после демонтажа деревянного каркаса скалывают или спиливают. При ширине перекрытия ≥ 1,5 м нижняя часть палубы должна опираться на кружала, установленные на торцовую сторону.
Процесс возведения перемычки начинается после того, как до уровня перекрытия были выложены кирпичи стены. Чтобы опирание перемычки было прочным и надежным, сначала нужно сделать кирпичную опорную пяту, а плоскость опорной площадки определяется с помощью отклонения опоры по вертикальной оси. На смонтированную опалубку кирпич укладывается поперек каркаса. Проводя расчет перемычки, определяют количество рядов на опалубочной поверхности с помощью обычной разметки, которая проводится таким образом, чтобы количество кирпичей на перекрытии было нечетным. Ряды считаются в горизонтальной плоскости. Нечетный кирпич по центру кладки - «замковый», и располагаться он должен строго по вертикали и по центру кирпичной кладки.
Лучковые и клиновые перемычки выкладываются одновременно с обеих сторон от опорной пяты к замковому кирпичу так, чтобы ряд заканчивался на замке нечетным кирпичом по центру кладки. Строительным шнуром проверяют ровность растворных швов. Клиновую перемычку нельзя возводить, если длина проема больше двух метров.
Изогнутая перемычка из кирпича в виде арки или свода делается так же, как и кладка клинчатой конструкции. Швы от раствора в рядах должны располагаться перпендикулярно лицевой и нижней поверхностям арочной конструкции. Расположение швов должно быть клиновым, а по ширине швы должны быть широкими вверху, и сужающимися книзу, при этом все швы необходимо заполнять полностью, не оставляя воздушных пустот.
Верхняя часть свода бетонируется слоем раствора не меньше ¼ толщины кирпича, то есть, около 3–4 см. Контроль кладки и ровность растворных швов необходимо постоянно контролировать при помощи обычного отвеса и строительного шнура как по вертикали, так и по горизонтали. Опалубка делается разборной, и ее демонтаж не должен мешать самой конструкции арочной перемычки или своду. Разборка опалубки производится через 7–10 суток, то есть, после полного набора начальной прочности цементным раствором.
Более широкий подбор перемычек в кирпичных стенах можно осуществить, включив в перечень ЖБИ сборной конструкции, которые изготавливаются в промышленных условиях, и поэтому обладают заранее заложенными высокими прочностными характеристиками. Строительная перегородка из таких изделий может быть брускового типа с шириной опирания до 25 см (балки ПБ), в виде ж/б балки с выносной четвертью для опирания (балки ПГ), в виде узких бетонных плит шириной более 25 см (плиты марки ПП) и фасадные конструкции (ПФ плиты) для обустройства перекрытия четвертями. Как фасадный элемент опирания плиты ПФ позиционируют себя более практичными, но требуют дополнительного декорирования, особенно, если плиты укладываются на кирпичные стены.
Железобетонные элементы опирания нужно подбирать на проемы с арматурными конструкциями с Ø прутьев 0,4–0,6 см, и изготовленных из тяжелого бетона марки не ниже M 250. Степень нагрузки и глубина опирания классифицируют ж/б элементы на несущие (выдерживают дополнительные нагрузки, кроме веса кирпичной кладки) и ненесущие (выдерживают только вес собственно кладки и свой вес). Расчетная глубина опирания на стену, выложенную из кирпича ≤ 250 мм, опирание на внутренние перегородки ≤ 200 мм.
Существуют строительные конструкции, в которых обустроить сборные или кирпичные перемычки невозможно. В таких объектах идеально подходит перемычка металлическая, которой можно придать любую форму на месте или заранее. К тому же, применение металлических опорных элементов имеет множество своих преимуществ. Например, не нужно ждать, пока раствор наберет расчетную прочность, чтобы продолжать строительство – на металлическую перемычку можно нагружать вес остальной недостроенной конструкции сразу. Высокая скорость сборки – еще одно явное преимущество, как прочность и надежность. Для металлических элементов не нужно проводить предварительные расчеты на несущие нагрузки и глубину опирания: проводятся только расчеты на минимальное опирание перемычек на кирпичную стену с тем, чтобы конструкция не прогнулась. Но и этих вычислений и подбора конфигурации перемычки можно избежать, если использовать для перекрытия проемов двутавры или швеллера.
Расчет перемычки из металла на прочность ведется по таким критериям:
Прочность: М p =1,12xWxR;
Величина изгиба металлической перемычки: М h xL/(10xExI)=1/200;
О том, как подобрать перемычки для кирпичных стен, будет рассказано ниже, и главное условие для выбора надежной металлической конструкции перемычки - точный расчет нагрузки от стены из кирпича на 1 погонный метр перемычки. Возьмем практический пример расчета перемычки для двери и окна (стены из кирпича):
Допустим, дверной проем имеет толщину 25 см (0,25 м) для кирпичной стены в один кирпич. Кладка над перемычкой будет продолжена на высоту 90 см (0,9 м) при ширине дверного проема 100 см (1 метр). Для подбора размеров и конструкции стальной перемычки нужно рассчитать нагрузку от верхней кладки на 1 погонный метр перекрытия.
Справка: удельная масса кирпича - 1800 кг/м 3: q=0,25×0,9×1,8×1=410 кг/м.
Сопротивление по прочности: W=65/(1,12×21)=2,76 см 3 .
Инерционный момент: I = 200 М н xL/(10xЕ)=7,85 см 4 .
Более простой метод расчета нагрузки на один погонный метр перемычки можно представить формулой: Q 1 = PxBxH;
Расчет сопротивления по прочности и инерционного момента проводится по формуле: Q 2 =NxP;
Нагрузка на один погонный метр перекрытия составит: Q=1,1xР;
где 1,1 – постоянный коэффициент.
Для расчета сечения металлической балки, опирающейся на две точки опоры, предельный изгибающий момент находится по центру: М max = (Qx1 м 2)/8=19,6 кг/м;
Если отталкиваться от ширины проема в 1 метр, то сопротивление по прочности будет равным: W треб =М max /R y =0,933 см 3 ;
где R y - справочная величина, сопротивление металла ≤ 2100 кгс/см 2 .
Результат нужно разделить на количество металлических профилей в перемычке - их должно быть не менее двух. Следующий шаг - выбор типа профиля по значению, большему на 1,1, чем полученное при расчетах. Для условий, описанных выше (длина проема – 1 метр, ширина - полкирпича) хватит двух стальных уголков с одинаковыми сторонами размером 28x28x3 мм. Глубина опирания металлических уголков на стены - ≤ 250 мм.
При расчете параметров перемычек для несущих кирпичных стен используются почти такие же методики, за исключением вычисления нагрузки на перемычку и выбора требуемой расчетной схемы. Если перемычка одновременно служит как несущая балка над дверным или оконным проемом, то ее расчет можно выполнить ее как расчет для балки на шарнирах.
Предельный изгибающий момент для металлической перемычки с сосредоточенной и равномерно распределенной нагрузкой вычисляется по следующей формуле: М max =(Qxl 2)/8+(Qxl)/4=1133,7 кг/м. Сопротивление по прочности: W треб =(1133,7×100)/(2100×2)=27 см 3 .
Материал для металлической перемычки может быть разным : стальной уголок горячего проката , разнополочные или равнополочные металлические уголки , профильные шовные и бесшовные трубы , но чаще всего используют б /у швеллер . Его можно найти или купить дешево и он удобнее в монтаже .
При длине дверного или оконного проема в 1,5 метра, и ширине проема в два кирпича достаточно использовать пару стальных уголков с разным размером полок, например, 110x70x8 мм. Вместо этих изделий можно использовать уголки другого размера, например, 490 x 56 x 55. Глубина опирания металлических уголков на стены — ≤ 250 мм.
Изгибающий момент рассчитывается по формуле: F=(5xQxL4)/(384xExI z);
Для стальной перемычки, собранной из двух металлических уголков, изгибающий момент F = (5x3167x1,54)/(384x2x1010x2x171,54×10–8) = 0,003045 метра.
Согласно требований СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» максимальная величина изгиба для металлических перемычек не должна превышать 1/200 длины перегородки. По результатам примеров расчетов, приведенных выше, это значение равняется 150/200=0,75 см, что означает пригодность перемычки, выбранной с такими параметрами.
