Как сделать расчет нагрузок на деревянное перекрытие и выбрать правильное сечение балки: советы и рекомендации

Сбор нагрузок воздействующих на балки

Диапазон различного вида нагрузок действующих на несущие конструкции достаточно велик. Он различается исходя из целевого применения балки, то есть ответа на вопрос эта балка располагается в междуэтажном или чердачном перекрытии. Конструкции междуэтажных перекрытий несут нагрузку в основном только от веса самого перекрытия, от процесса жизнедеятельности людей которые там находятся и того производственного процесса который там проходит.

Так расчетная нагрузка на междуэтажное перекрытие в жилых зданиях равна 150кг/м2 х 1,3 = 195 кг/м 2 .

К оэффициент 1,3 обеспечивает надежность работы конструкции . Вес междуэтажного перекрытия включает вес балок, полов, конструкций потолка, утеплителя. При производстве расчетов вес междуэтажного перекрытия лучше всего рассчитывать в каждом случае индивидуально.

Нагрузка на чердачное перекрытие, эксплуатация которого не предусматривает 70 кг/м2 х 1,3 = 91 кг/м².

Делая расчет балки на прогиб особое внимание обратите на прогибы которые образуются в несущих конструкциях после того как их нагрузят в процессе эксплуатации. В случае, когда величина прогиба превышает указанные величины, это может нанести существенные деформационные изменения в геометрии потолочных конструкций. Так при длине балки перекрытия 6 метров величина допустимого прогиба будет составлять 17 мм

Если предположить, что потолок в помещении будет из гипсокартонных плит, то образование трещин неминуемо. Поэтому производя расчет, следует сразу же учитывать материал, из которого будет выполняться конструкция потолка. Если заказчик для оформления потолка будет использовать подвесные конструкции типа «Армстронг», то беспокоиться не о чем, а если для отделки будут применяться материалы на основе гипса, минеральных вяжущих, то возможно стоит увеличить надежность перекрытия и увеличить сечение балок, чтобы полностью исключить возможность прогиба

Так при длине балки перекрытия 6 метров величина допустимого прогиба будет составлять 17 мм. Если предположить, что потолок в помещении будет из гипсокартонных плит, то образование трещин неминуемо. Поэтому производя расчет, следует сразу же учитывать материал, из которого будет выполняться конструкция потолка. Если заказчик для оформления потолка будет использовать подвесные конструкции типа «Армстронг», то беспокоиться не о чем, а если для отделки будут применяться материалы на основе гипса, минеральных вяжущих, то возможно стоит увеличить надежность перекрытия и увеличить сечение балок, чтобы полностью исключить возможность прогиба

В случае, когда величина прогиба превышает указанные величины, это может нанести существенные деформационные изменения в геометрии потолочных конструкций. Так при длине балки перекрытия 6 метров величина допустимого прогиба будет составлять 17 мм. Если предположить, что потолок в помещении будет из гипсокартонных плит, то образование трещин неминуемо. Поэтому производя расчет, следует сразу же учитывать материал, из которого будет выполняться конструкция потолка. Если заказчик для оформления потолка будет использовать подвесные конструкции типа «Армстронг», то беспокоиться не о чем, а если для отделки будут применяться материалы на основе гипса, минеральных вяжущих, то возможно стоит увеличить надежность перекрытия и увеличить сечение балок, чтобы полностью исключить возможность прогиба.

Расчет балок деревянного перекрытия

Для того, чтобы определить какое количество деревянных балок и каких размеров потребуется для устройства перекрытия необходимо:

• замерить пролет, который они будут перекрывать;
• определиться со способами их закрепления на стенах (на какую глубину они будут заходить в стены);
• сделать расчет нагрузки, которая будет на них действовать при эксплуатации;
• с помощью таблиц или программы-калькулятора подобрать подходящие шаг и сечение.

Теперь рассмотрим, как это можно сделать.

Длина деревянных балок перекрытия

Необходимая длина балок перекрытия определяется размерами того пролета, который они будут перекрывать и запасом необходимым для заделывания их в стены. Длину пролета несложно замерить с помощью рулетки, а глубина заделывания в стены, во многом, зависит от их материала.

В домах со стенами из кирпича или блоков балки обычно заделываются в «гнезда» на глубину не менее 100 мм (доска) или 150 мм (брус). В деревянных домах их, как правило, укладываютс в специальные зарубки на глубину не меньше чем 70 мм. При использовании специального металлического крепления (хомутов, уголков, кронштейнов) длина балок будет равна пролету — расстоянию между противоположными стенами, на которых они крепятся. Иногда, при монтаже стропильных ног крыши непосредственно на деревянные балки, их выпускают наружу, за пределы стен на 30-50 см, формируя, таким образом, свес крыши.

Оптимальный пролет, которые могут перекрывать деревянные балки 2,5-4 м. Максимальная длина балки из обрезной доски или бруса, то есть пролет, который она может перекрывать — 6 м. При большей длине пролета (6-12 м) необходимо использовать современные деревянные балки из клееного бруса или двутавровые, а также можно опирать их на промежуточные опоры (стены, колонны). Кроме этого для перекрытия пролетов, длиной более 6 м, вместо балок можно использовать деревянные фермы.

Определение нагрузки, действующей на перекрытие

Нагрузка, действующая на перекрытие по деревянным балкам состоит из нагрузки от собственного веса элементов перекрытия (балок, межбалочного заполнения, зашивки) и постоянной или временной эксплуатационной нагрузки (мебели, различных бытовых устройств, материалов, вес людей). Она, как правило, зависит от вида перекрытия и условий его эксплуатации. Точный расчет таких нагрузок довольно громоздкий и выполняется специалистами при проектировании перекрытия, но при желании выполнить его самостоятельно, можно использовать упрощенный его вариант, приведенный ниже.

Для чердачного деревянного перекрытия, которое не используется для складирования вещей или материалов, с легкими утеплителем (минеральная вата или др.) и подшивкой постоянная нагрузка (от собственного веса — Рсобств.) обычно принимается в пределах 50 кг/м2.

Эксплуатационная нагрузка (Рэкспл.)для такого перекрытия (согласно СНиП 2.01.07-85) составит:

70х1,3 = 90 кг/м 2 , где 70 – нормативное значение нагрузки для такого вида чердака, кг/м2, 1,3 – коэффициент запаса.

Общая расчетная нагрузка, которая будет действовать на данное чердачное перекрытие составит:

Робщ.=Рсобств.+Рэкспл. = 50+90=130 кг\м 2 . Округляя в большую сторону принимаем 150 кг/м 2 .

В случае, если в конструкции чердачного помещения будет использоваться более тяжелый утеплитель, материал для межбалочного заполнения или подшивка, а также если предполагается его использовать для хранения вещей или материалов, то есть оно будет интенсивно эксплуатироваться, то нормативное значение нагрузки следует увеличить до 150 кг/м2. В этом случае, общая нагрузка на перекрытие составит:

50+150х1,3 = 245 кг/м 2 , округляем до 250 кг/м 2 .

При использовании чердачного пространства для устройства мансарды, необходимо учесть вес полов, перегородок, мебели. В этом случае общую расчетную нагрузку необходимо увеличить до 300-350 кг/м 2 .

В связи с тем, что междуэтажное деревянное перекрытие, как правило, включает в свою конструкцию полы, а временная эксплуатационная нагрузка включает в себя вес большого количества предметов быта и максимальное присутствие людей, то оно должно быть рассчитано на общую нагрузку 350 — 400 кг/м 2 .

Определение сечения и шага установки элементов перекрытия

Данный процесс требует придерживаться следующих правил:

1. Соотношение ширины к высоте конструкции приравнивается 1,4/1. Следовательно, ширина элементов перекрытия зависит от этого показателя и может варьироваться от 40 до 200 мм. Толщина и высота деревянных элементов зависит от толщины теплоизоляции примерно 100–3000 мм;
2. Расстояние между элементами, то есть их шаг, может быть от 300 до 1200 мм. Здесь надо учесть габариты теплоизоляции с подшивочным материалом. В каркасной постройке расстояние между балками приравнивают к шагу каркасных стоек;
3. Деревянным балкам допускается небольшой изгиб, который для перекрытия чердака составляет — 1/200, а для межэтажного — 1/350;
4. При нагрузке 400 кг/м2 соотношение шага к сечению составляет 75/100 мм. Вообще, чем больше сечение балок, тем больше расстояние между ними.

Применяя калькулятор для определения сечения, необходимо пользоваться справочными материалами для более точных результатов.

Кроме полученных точных результатов, прочность конструкции зависит от качества материала.

Заготовки используют из хвойных пород дерева, влажностью до 14%. Древесина не должна быть поражена грибком и насекомыми. Ну а чтобы увеличить срок эксплуатации деревянной конструкции, заготовки перед монтажом необходимо обрабатывать антисептиком. В следующем видео можно понаблюдать пример работы в программе для расчетов перекрытий.

Что еще почитать по теме?

Пример расчета деревянной балки перекрытия.

Расчет выполняется в соответствии со СНиП II-25-80 ( СП 64.13330.2011) «Деревянные конструкции» и применением таблиц .

Исходные данные.

Требуется рассчитать балку междуэтажного перекрытия над первым этажом в частном доме.

Материал — дуб 2 сорта.

Срок службы конструкций — от 50 до 100 лет.

Состав балки — цельная порода (не клееная).

Шаг балок — 800 мм;

Длина пролета — 5 м (5 000 мм);

Пропитка антипиренами под давлением — не предусмотрена.

Расчетная нагрузка на перекрытие — 400 кг/м2; на балку — q_р = 400·0,8 = 320 кг/м.

Нормативная нагрузка на перекрытие — 400/1,1 = 364 кг/м2; на балку — q_н = 364·0,8 = 292 кг/м.

Расчет.

1) Подбор расчетной схемы.

Так как балка опирается на две стены, т.е. она шарнирно оперта и нагружена равномерно-распределенной нагрузкой, то расчетная схема будет выглядеть следующим образом:

2) Расчет по прочности.

Определяем максимальный изгибающий момент для данной расчетной схемы:

М_max = q_p·L2/8 = 320·52/8 = 1000 кг·м = 100000 кг·см,

где: q_p — расчетная нагрузка на балку;

L — длина пролета.

Определяем требуемый момент сопротивления деревянной балки:

W_треб = γ_н/о·M_max/R = 1,05·100000/121,68 = 862,92 см3,

где: R = R_и·m_п·m_д·m_в·m_т·γ_сc = 130·1,3·0,8·1·1·0,9 = 121,68 кг/см2 — расчетное сопротивление древесины, подбираемое в зависимости от расчетных значений для сосны, ели и лиственницы при влажности 12% согласно СНиП — таблицы 1 и поправочных коэффициентов:

m_п = 1,3 — коэффициент перехода для других пород древесины, в данном случае принятый для дуба (таблица 7 ).

m_д = 0,8 — поправочный коэффициент принимаемый в соответствии с п.5.2. , вводится в случае, когда постоянные и временный длительные нагрузки превышают 80% суммарного напряжения от всех нагрузок.

m_в = 1 — коэффициент условий работы (таблица 2 ).

m_т = 1 — температурный коэффициент, принят 1 при условии, что температура помещения не превышает +35 °С.

γ_сс = 0,9 — коэффициент срока службы древесины, подбирается в зависимости от того, сколько времени вы собираетесь эксплуатировать конструкции (таблица 8 ).

γ_н/о = 1,05 — коэффициент класса ответственности. Принимается по таблице 6 с учетом, что класс ответственности здания I.

В случае глубокой пропитки древесины антипиренами к этим коэффициентам добавился бы еще один: m_a = 0.9.

С остальными менее важными коэффициентами вы можете ознакомится в п.5.2 СП 64.13330.2011.

Примечание: перечисленные таблицы вы можете найти здесь.

Определение минимально допустимого сечения балки:

Так как чаще всего деревянные балки перекрытия имеют ширину 5 см, то мы будем находить минимально допустимую высоту балки по следующей формуле:

h = √(6W_треб/b) = √(6·862,92/5) = 32,2 см.

Формула подобрана из условия W_балки = b·h2/6. Получившийся результат нас не удовлетворяет, так как перекрытие толщиной более 32 см никуда не годится. Поэтому увеличиваем ширину балки до 10 см.

h = √(6W_треб/b) = √(6·862,92/10) = 22,8 см.

Принятое сечение балки: bxh = 10×25 см.

3) Расчет по прогибу.

Здесь мы находим прогиб балки и сравниваем его с максимально допустимым.

Определяем прогиб принятой балки по формуле соответствующей принятой расчетной схеме:

f = (5·q_н·L4)/(384·E·J) = (5·2,92·5004)/(384·100000·13020,83) = 1,83 см

где: q_н = 2,92 кг/cм — нормативная нагрузка на балку;

L = 5 м- длина пролета;

Е = 100000 кг/см2 — модуль упругости. Принимается равным в соответствии с п.5.3 СП 64.13330.2011 вдоль волокон 100000 кг/см2 и 4000 кг/см2 поперек волокон не взирая на породы при расчете по второй группе предельных состояний. Но справедливости ради нужно отметить, что модуль упругости в зависимости от влажности, наличия пропиток и длительности нагрузок только у сосны может колебаться от 60000 до 110000 кг/см2. Поэтому, если вы хотите перестраховаться, то можете взять минимальный модуль упругости.

J = b·h3/12 = 10·253/12 = 13020,83 см4 — момент инерции для доски прямоугольного сечения.

Определяем максимальный прогиб балки:

f_max = L·1/250 = 500/250 = 2,0 см.

Предельный прогиб определяется по таблице 9 , как для междуэтажных перекрытий.

Правда, в СП 64.13330.2017 данную таблицу уже не найти. Теперь там предлагается считать максимально допустимые прогибы по приложению Д СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия». Но я бы не стал бы эту таблицу игнорировать тем людям, кто строит для себя и не хочет заморачиваться с расчётами на зыбкость, ведь в таблице 9 СП 64.13330.2011 более жёсткие требования по прогибам, чем в таблице Д.1. СП 20.13330.2016.

Сравниваем прогибы:

f_балки = 1,83 см < f_max  = 2,0 см — условие выполняется, поэтому увеличения сечения не требуется.

Вывод: балка сечением bxh = 10×25 см полностью удовлетворяет условиям по прочности и прогибу.

Алгоритм расчета на жесткость

Формула определения прочности балки на изгиб

Где:

• M – максимальный момент, возникающий в балке (находится по эпюре моментов);
• W_n,min – момент сопротивления сечения (находится по таблице или вычисляется для данного профиля), у сечения обычно 2-а момента сопротивления сечения, в расчетах используется Wx, если нагрузка перпендикулярна оси х-х профиля или Wy, если нагрузка перпендикулярна оси y-y;
• R_y– расчетное сопротивление стали при изгибе (задается в соответствии с выбором стали);
• γ_c – коэффициент условий работы (данный коэффициент можно найти в таблице 1 СП 16.13330.2011;

Алгоритм расчета на жесткость (определение величины прогиба) достаточно формализован и не представляет труда для овладения.

Для того, чтобы определить прогиб балки, необходимо в нижеприведенной последовательности выполнить следующие действия:

1. Составить расчетную схему объекта исследований.
2. Определить размерные характеристики балки и расчетных сечений.
3. Рассчитать максимальную нагрузку, действующую на балку, определив точку ее приложения.
4. При необходимости, балка (в расчетной схеме она заменятся невесомым стержнем) дополнительно проверяется на прочность по максимальному изгибающему моменту.
5. Определяется значение максимального прогиба, который характеризует жесткость балки.

Для составления расчетной схемы балки, необходимо знать:

1. Геометрические размеры балки, включая пролет между опорами, а при наличии консолей – их длину.
2. Геометрическую форму и размеры поперечного сечения.
3. Характер нагрузки и точки их приложения.
4. Материал балки и его физико-механические характеристики.

При простейшем расчете двухопорных балок, одна опора считается жесткой, а вторая закреплена шарнирно.

Определение моментов инерции и сопротивления сечения

К геометрическим характеристикам, которые необходимы при выполнении расчетов на прочность и жесткость, относится момент инерции сечения (J) и момент сопротивления (W). Для вычисления их величины существуют специальные расчётные формулы.

Формула момента сопротивления сечения

При определении моментов инерции и сопротивления, необходимо обращать внимание на ориентацию сечения в плоскости разреза. С увеличением момента инерции жесткость балки увеличивается, а прогиб уменьшается

Это легко проверить на практике, пытаясь согнуть доску в обычном, «лежачем» положении и поставив ее на ребро

Это легко проверить на практике, пытаясь согнуть доску в обычном, «лежачем» положении и поставив ее на ребро.

Определение максимальной нагрузки и прогиба

Формула определения прогиба

Где:

• q – равномерно-распределенная нагрузка, выраженная в кг/м (Н/м);
• l – длина балки в метрах;
• E – модуль упругости (для стали равен 200-210 ГПа);
• I – момент инерции сечения.

При определении максимальной нагрузки, необходимо учитывать довольно значительное число факторов, действующих как постоянно (статические нагрузки), так и периодически (ветровая, вибрационная ударная нагрузка).

В одноэтажном доме, на деревянный брус потолочного перекрытия будут действовать постоянные весовые усилия от собственного веса, расположенных на втором этаже простенков, мебели, находящихся обитателей и так далее.

Особенности расчета на прогиб

Конечно, расчет элементов перекрытий на прогиб проводится для всех случаев и обязателен при наличии значительного уровня внешних нагрузок.

Сегодня, все вычисления величины прогиба достаточно формализованы и все сложные реальные нагружения сведены к следующим простым расчетным схемам:

1. Стержень, опирающийся на неподвижную и шарнирно закрепленную опоры, воспринимающий сосредоточенную нагрузку (случай рассмотрен выше).
2. Стержень, опирающийся на неподвижную и шарнирно закрепленную на который действует распределенное нагружение.
3. Различные варианты нагружения жестко закрепощённого консольного стержня.
4. Действие на расчетный объект сложной нагрузки – распределенной, сосредоточенной, изгибающего момента.

При этом, методика и алгоритм расчета не зависят от материала изготовления, прочностные характеристики которого учтены различными значениями модуля упругости.

Наиболее распространенной ошибкой обычно является недоучет единиц измерения. К примеру, силовые факторы в расчетные формулы подставляются в килограммах, а величина модуля упругости принимается по системе «СИ», где нет понятия «килограмм силы», а все усилия измеряются в ньютонах или килоньютонах.

Как правильно выбрать соединение

Сращивание выполняется при возведении несущих стен, сооружении межкомнатных перегородок, обустройстве стропильной системы, пола. Разновидность используемого стыкования следует выбирать в зависимости от типа нагрузки:

сжатие, важно выполнить так,чтобы торцы соприкасаются по возможности большими участками; растяжение, обязательно должно выполняться соединение в замок; изгиб, стык выполняется под углом. При разных типах торцы деталей вырезаются определенным образом

При стыковании в замок укладывается утеплитель джут. Для наращивания в длину применяются различные разновидности соединения

При разных типах торцы деталей вырезаются определенным образом. При стыковании в замок укладывается утеплитель джут. Для наращивания в длину применяются различные разновидности соединения.

При стыковании древесины методом шип на шпонках позволяет создавать прочную конструкцию, обладающую требуемой жесткостью. Необходимо выполнить высококачественные шпонки. Замковые соединения используются для сращивания пиломатериала,из которого будут возводиться несущие стены.

Сращивание пол дерева

Является самым элементарным решением. Торцы стыкуемых элементов вырезается под прямым углом половина толщины деревянной детали. Детали соединяются путем складывания одного торца с другим. Плотность стыка обеспечивается утеплителем (укладывается джутовая лента). В строительстве прочность соединению придается установкой деревянных можно закрепить узел шурупами.

Соединение в коренной шип

Этот вариант соединения выполнить несколько сложнее. С торца одной из деталей вырезается шип (размером в 1/3 сечения), и на второй делается соответствующий паз (напоминает трапецию). Это трудоемкое соединение требует особой точности выполнения (соблюдается угол в 45°).Подобным образом стыкуются углы сруба.

Дополнительно соединение укрепляется нагелями. Если элементы стыкуются таким образом, то брусы не смещаются горизонтально.

Соединение в косой замок

Является наиболее подходящим,если узел будет испытывать нагрузку на достаточно сложный тип стыкования,но по прочности такой стык превышает многие. На торцах по соответствующим размерам выпиливаются косые шип с пазом(с изгибами). Складываемые две детали образуют замок. Стык закрепляется двумя нагелями.

Сращивание путем прикладывания

Является достаточно сложным типом стыкования. Выпиливается замок в двух частях древесины. Так соединяются два звена сруба между собой. Брус складывается торцами и сращивается строительной скобой. Нагели установлены в нижний ряд.

Соединение бруса на шпонках

Также является эффективным способом сращивания венца. Создаются пазы на двух торцах, а после укладки забивается деревянная стыкование можно выполнять в полдерева (предварительно следует изготовить шпонки, просверлить отверстия диаметром поменьше). Глубину врезки надо брать в 2 см.

Если таким образом выполняется сращивание, то это очень прочный метод соединения в возведении построек. В двух деталях выпиливаются пазы. Торцы складываются, в паз устанавливается шпонка (деревянная вставка, клин, например из осины, может выполняться из металла). Ее форма может различаться (призматическая, прямоугольная). Она плотно скрепляет две детали.

Все способы сращивания и самые простые, и более сложные требуют выполнения довольно точных запилов брусе обеспечивая тем самым прочное соединение.

Как выполнить сращивание стропил по длине: разбор вариантов и технологических правил

Нередко в ходе строительства каркасов для крыш сложной конфигурации возникает потребность в использовании элементов нестандартного размера. К характерным примерам относятся вальмовые и полувальмовые конструкции, диагональные ребра которых существенно длиннее, чем рядовые стропильные ноги.

Калькулятор подбора деревянных двутавровых балок

SIA I-beams производит износоустойчивые деревянные двутавры. Такие балки показали себя как незаменимый стройматериал при строительстве зданий в Северной Америке, понемногу они начинают завоевывать и рынки Европы.

Чтобы правильно произвести расчет необходимого количества балок, мы создали расчетный калькулятор, который вам поможет быстро и удобно рассчитать шаг между балками и их тип в зависимости от расстояния между стенами и от нагрузок в конкретном случае.

Как пользоваться калькулятором:

1. Вводим расчетную длину пролета . Для балок перекрытия — это наибольший пролет, т.е. наибольшее расстояние между соседними стенами, на которые опирается балка. Для стропил кровли – это горизонтальное расстояние (проекция мест опоры, обычно расстояние между осями) между местами опора балки (сама балка длиннее, чем эта проекция, т.е. чем больше угол, тем длиннее балка).
2. Для стропил кровли вводим угол наклона . Угол наклона – наклон стропил к горизонтали.
3. Вводим шаг – это межцентровое расстояние между соседними балками.
4. 4. Можно изменить постоянную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, постоянную нагрузку рассчитывают по плотности конструкции пола/перекрытия/крыши, помноженной на коэффициент надежности. Согласно EN 1990,коэффициент надежности для постоянных нагрузок — 1,35, а для временных — 1,5.
5. Можно изменить временную нагрузку . В соответствии с нормативом EN 1991, величины временной нагрузки принимаются в зависимости от предполагаемого использования перекрытия. Для перекрытий жилых помещений можно принимать временную нагрузку 200 kg/m2. При расчете стропильной системы нагрузки от снега принимаются согласно LBN-003-1, таблица 16.2. Для Риги это равняется 125 kg/m2.

   *В расчетном калькуляторе включено определение расчетной нагрузки при соответствующих коэффициентах надежности: согласно EN 1990 для постоянных нагрузок это — 1,35 а для временных нагрузок — 1,5. В калькулятор вводятся нагрузки без учета коэффициентов надежности. – это повторение из п.4.

   *Величина используемой расчетной нагрузки будет индивидуальной — в зависимости от конкретной ситуации.

6. Когда все упомянутые данные введены в таблицу, можно ознакомиться с результатом. Внизу находится табличка с имеющимися в нашем ассортименте балками. Зеленым цветом закрашены все балки, которые можно использовать, а красным – несущая способность которых не соответствует заданным вами параметрам. Чтобы изменить результат, советуем изменить шаг балок.

Расчет балки на прогиб — деревянной и металлической, формулы

В инженерных и инженерно-строительных науках (сопротивление материалов, строительная механика, теория прочности), под балкой понимается элемент несущей конструкции, воспринимающаяся преимущественно на изгибные нагрузки, и имеющая различные формы поперечного сечения.

Конечно, в реальном строительстве, балочные конструкции подвержены и другим видам нагружения (ветровой нагрузке, вибрации, знакопеременному нагружения), однако основной расчет горизонтальных, многоопертых и жесткозакрепленных балок проводится на действие или поперечной, или приведенной к ней эквивалентной нагрузке.

Расчетная схема рассматривает балку как жесткозакрепленный стержень или как стержень, установленный на двух опорах. При наличии 3 и более опор, стержневая система считается статически неопределимой и расчет на прогиб как всей конструкции, так и ее отдельных элементов, значительно усложняется.

При этом, основное нагружение рассматривается как сумма сил, действующая в направлении перпендикулярному сечению. Целью расчета на прогиб является определение максимального прогиба (деформации) который не должен превышать предельных значений и характеризует жесткость как отдельного элемента (так и всей связанной с ней строительной конструкции.

Основные положения расчетных методик

Современные строительные методики расчета стержневых (балочных) конструкций на прочность и жесткость, дают возможность уже на стадии проектирования определить значение прогиба и сделать заключение о возможности эксплуатации строительной конструкции.

Расчет на жесткость позволяет решить вопрос о наибольших деформациях, которые могут возникнуть в строительной конструкции при комплексном действии различного вида нагрузок.

Современные методы расчета, проводимые с использованием специализированных расчетов на электронно-вычислительных машинах, или выполняемые при помощи калькулятора, позволяют определить жесткость и прочность объекта исследований.

Несмотря на формализацию расчетных методик, которые предусматривают использование эмпирических формул, а действие реальных нагрузок учитывается введением поправочных коэффициентов (коэффициенты запаса прочности), комплексный расчет достаточно полно и адекватно оценивает эксплуатационную надежность возведенного сооружения или изготовленного элемента какой-либо машины.

Несмотря на отдельность прочности расчетов и определения жесткости конструкции, обе методики взаимосвязаны, а понятия «жесткость» и «прочность» неразделимы. Однако, в деталях машин, основное разрушение объекта происходит из-за потери прочности, в то время как объекты строительной механики часто непригодны к дальнейшей эксплуатации из значительных пластических деформаций, которые свидетельствуют о низкой жесткости элементов конструкции или объекта в целом.

Сегодня, в дисциплинах «Сопротивление материалов», «Строительная механика» и «Детали машин», приняты два метода расчета на прочность и жесткость:

1. Упрощенный (формальный), при проведении которого в расчетах применяются укрупненные коэффициенты.
2. Уточненный, где используются не только коэффициенты запаса прочности, но и производится расчет контракции по предельным состояниям.

Алгоритм расчета на жесткость

Формула определения прочности балки на изгиб

Где:

• M – максимальный момент, возникающий в балке (находится по эпюре моментов);
• Wn,min – момент сопротивления сечения (находится по таблице или вычисляется для данного профиля), у сечения обычно 2-а момента сопротивления сечения, в расчетах используется Wx, если нагрузка перпендикулярна оси х-х профиля или Wy, если нагрузка перпендикулярна оси y-y;
• Ry – расчетное сопротивление стали при изгибе (задается в соответствии с выбором стали);
• γc – коэффициент условий работы (данный коэффициент можно найти в таблице 1 СП 16.13330.2011;

Алгоритм расчета на жесткость (определение величины прогиба) достаточно формализован и не представляет труда для овладения.

Для того, чтобы определить прогиб балки, необходимо в нижеприведенной последовательности выполнить следующие действия:

1. Составить расчетную схему объекта исследований.
2. Определить размерные характеристики балки и расчетных сечений.
3. Рассчитать максимальную нагрузку, действующую на балку, определив точку ее приложения.
4. При необходимости, балка (в расчетной схеме она заменятся невесомым стержнем) дополнительно проверяется на прочность по максимальному изгибающему моменту.
5. Определяется значение максимального прогиба, который характеризует жесткость балки.

Программы для архитекторов

Профессиональная работа по проектированию зданий и сооружений невозможна без использования технических программ для расчета перекрытия. Если строительство домов является основным занятием, стоит приложить усилия и изучить инструменты по проектированию.

Интерфейс программы ArchiCad для расчета перекрытия

Самыми распространенными техническими инженерными программами в проектных организациях являются ArchiCad, AutoCad, Лира, NormCAD и SCAD.

Плюсы инженерных программ по проектированию:

1. Универсальность. Любая из программ может быть использована для построения и расчета всех видов перекрытий.
2. Точность. При подсчете учитывается большое количество факторов, способных повлиять на нагрузку и прочность конструкции. Такая детальность в подсчетах позволяет получить максимально точные данные.
3. Визуализация. Получив результат, строитель наглядно видит, что и как он должен смонтировать, чтобы получить гарантированный результат.
4. Подготовка проектной документации. Для профессиональных застройщиков с помощью инженерных программ можно подготовить документацию, которая принимается всеми проверяющими органами.

Недостатки инженерных программ по проектированию:

1. Утверждение, что подобные инструменты легко освоить — неверно. Зачастую для их использования необходимо специальное техническое образование, знание сопромата и унифицированных строительных норм.
2. Объем информации: для работы с инженерными программами требуется обладать большим количеством данных, в противном случае можно получить неожиданный результат вычислений.
3. Ограничение доступа: программы лицензированные, для использования необходима покупка прав на использование.