Расчет железобетонной балки

При возведении зданий и сооружений для устройства перекрытий и стеновой кладки над различными проемами часто, помимо применения железобетонных балок и перемычек заводского изготовления, возникает необходимость в устройстве индивидуальных монолитных железобетонных балок непосредственно на строительной площадке.

Что касается строительства с применением несъемной опалубки, то индивидуальные балки являются его неотъемлемой структурной частью. При наличии конструкторской проектной документации вопросов по их устройству не возникает.

Но на площадках индивидуальных застройщиков весьма распространена практика строительства по архитектурным проектам, так называемым эскизникам, и расчеты монолитных балок приходится выполнять по ходу строительства.

Разберем, как можно выполнить расчет железобетонной балки самостоятельно.

Что принять за основу расчета (общие рекомендации)

Основными нормативами для расчетов железобетонных конструкций являются методики, изложенные в Пособиях к СНиП 2.03.01-84 и СП 52-101-2003.

Конечно, правильнее применять более «свежие» методики, но, судя по отзывам специалистов, для людей, решивших самостоятельно разобраться и рассчитать вручную железобетонную конструкцию, не имея предварительного опыта и специального образования, проще воспользоваться старой методикой.

При этом нужно учесть, что весь расчет следует выполнять в рамках одних нормативов. Если уж начали рассчитывать по новому, значит, во всем применяйте данные нового СП.

Для примера, как они могут различаться, приведем таблицы расчетных значений сопротивления бетона сжатию:

Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (СНиП 2.03.01-84*(1996))

Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (СП 52-101-2003)

Разница очевидна и по выбору типа бетона, и по количеству расчетных значений.

В дополнение приведем соответствие классов бетона по СНиП 2.03.01-84 маркам бетона по СНиП II-21-75, все еще используемым в обиходе (соответствие — по столбцам):

Марки бетона (СНиП II-21-75)

М50 М75М100 М150 М200М250 М300 М350 М400М450 М500 М600 М700 М800

Классы бетона (СНиП 2.03.01-84)

В3,5 В5 В7,5 В10 В12,5 В15 В20 В25 В30 В35 В40 В45 В50 В55 В60

Железобетон – материал, включающий в себя несколько составляющих, поэтому учесть работу каждого элемента в общей структуре балки (под влиянием всех факторов на ее несущую способность) весьма затруднительно и под силу лишь профессионалам, которые имеют опыт практических расчетов на основе сопромата.

Конечно, существуют специальные расчетные программы, но они весьма не дёшевы и имеют их крупные проектные организации. Для единичного же расчета углубляться в изучение этих программных комплексов нет особой целесообразности.

На помощь может прийти универсальная программа расчета железобетонной балки. Ее работа основана на автоматическом расчете основных параметров при введении исходных данных, таких как: длина перекрываемого пролета, тип железобетонной опоры, значения нагрузок и прочее.

Область применения бетонных блоков для стен подвалов довольно обширна. Кроме возведения ленточного фундамента, они применяются при строительстве технических подпольев и стен цокольных этажей, используются для обнесения опасных участков дорог, а также при постройке гаражей.

При строительстве любых сооружений и зданий основным из требований к конструкции является надежность, должное сопротивление деформированию во время воздействия различных нагрузок. О железобетонных балках перекрытия читайте .

Встроенный в программу калькулятор бетонной балки определит количество арматуры, в зависимости от заданного диаметра стержней и сечения.

Ориентирами же могут служить следующие базовые положения:

  • Вся арматура в железобетонной конструкции должна располагаться внутри бетона не ближе 2см от его поверхности
  • Арматура должна работать на растяжение, поэтому устанавливать её следует в нижней части конструкции. В верхнем поясе рабочие арматурные стержни устанавливают в случаях, отдельного изготовления балки на строительной площадке с последующим подъемом краном для установки её в проектное положение
  • Диаметр сечения рабочей (продольной) арматуры принимается не менее 12мм и класс её – АIII
  • Высота сечения не менее(!) 1/20 части перекрываемого пролета (6м/20 = 0,3м)
  • Значение отношения высоты к ширине от 2 до 4 (h/b = 2~4)

Также калькулятор железобетонной балки способен выполнить расчет на прочность и рассчитать прогиб.

Определение типа опирания балки

В зависимости от типа опирания (см. Устройство буронабивных свай) выбирается метод расчета. Рассмотрим основные типы опор железобетонных балок на несущие конструкции.

Шарнирный тип опирания.

Таковым считается случай, когда в проектное положение устанавливают предварительно изготовленную железобетонную балку.

Причем конструкцией не предусмотрены никакие закладные детали для последующего жесткого соединения с конструктивными элементами здания. Как правило при таком типе опирания ширина плоскости опирания на несущие конструкции (стены, колонны) не превышает 20см.

Жестко защемленная балка.

Чтобы считать балку жестко защемленной на концах, условия должны быть следующими: балка бетонируется одновременно с прилегающими конструкциями в составе монолитной стены, в ее конструкции имеются закладные детали для последующего жесткого соединения с остальными конструктивными элементами.

При бетонировании создает монолитные узлы соединений конструкций.

Многопролетное опирание.

При необходимости перекрыть несколько последовательно расположенных пролетов опирание балки выполняется на несколько опорных конструкций (колонны, простенки между окон).

Такое опирание рассчитывается как многопролетное в случае, если опоры шарнирные). Если опоры жесткие, то расчет ведется по каждому отдельному пролету, как по самостоятельной балке.

Консольное опирание.

Речь о таком типе опирания ведется, когда один или оба конца балки не имеют опор, а так же при отступе опор от концов на некоторое расстояние (свес с опоры).

Например: часть плиты перекрытия выпущена за пределы стены в виде козырька. Такую плиту можно рассматривать балкой с консольной опорой.

Нагрузки на балку

Еще из курса физики известно: все, что неподвижно закреплено (прибито, приклеено и пр.) на чём-либо – это статическая нагрузка.

Соответственно, движущиеся (прыгающие, сотрясающие и т.п.) объекты создают динамические нагрузки.

Но в свою очередь эти нагрузки в случае строительной физики подразделяются на сосредоточенные и равномерные. К сосредоточенным нагрузкам можно отнести, к примеру, бетонную скульптуру, установленную на перемычке (балке) арки.

С равномерными нагрузками несколько сложнее, так как они подразделяются еще на подгруппы: равномерно распределенные по всей поверхности, равномерно изменяющиеся по длине или ширине и неравномерно изменяющейся, соответственно.

Для сосредоточенной нагрузки единицей измерения принят килограмм (килограмм-сила (кгс), ньютон (Н)).

Единицей измерения для распределенной нагрузки принято отношение кгс/м?, однако, при расчетах сборных железобетонных балок для перекрытия значение распределенной нагрузки принимается на метр погонный (м.п.). Для построения эпюр изгибающих моментов к расчету принимается только длина, а высота и ширина игнорируются.

Чтобы перейти от метров квадратных к погонным, когда идет расчёт балки перекрытия, значение распределенной нагрузки умножим на показатель расстояния между балками перекрытия (их осями).

А если определяем нагрузку на перемычку, то плотность лежащего на перемычке материала конструкции, умножаем на ширину и высоту этой конструкции.

Арматура для изготовления стропильных и подстропильных железобетонных балок должна быть предварительно напряженной, для отдельных типов допускаются исключения предусмотренные ГОСТом.

При изготовлении железобетонных конструкций, плотность укладки бетона контролируют по коэффициенту уплотнения (отношение действительной плотности бетона к ее расчетному значению). О данном виде изделий читайте в этой статье.

От тщательности сбора и расчета нагрузок на балку зависит конструктивная надежность сооружения.

Но если со статическими нагрузками все более-менее ясно, то рассчитать возможные динамические нагрузки на все случаи жизни – занятие неблагодарное и приведет к малообоснованному удорожанию строительства.

Поэтому динамические нагрузки принимаются с различными коэффициентами, приближающими к реалиям возможности возникновения одномоментно различных динамических воздействий в данном конкретном месте.

Приведем некоторые значения, наиболее часто учитываемых при расчетах, нагрузок:

  • Вес сборных железобетонных плит заводского изготовления (h=220 мм) 310 ~ 350кг/м2;
    Объемный вес бетона М200 — 2450 кг/м3;
  • Полезная нагрузка на перекрытие с учетом различных коэффициентов:
    жилые помещения ~200 кг/м2
    офисные помещения ~ 250 кг/м2
  • Вес покрытия пола из керамической плитки с цементно-песчаной стяжкой толщиной 25-30мм ~ 100 кг/м2
  • Снеговые, дождевые, сейсмические и прочие нагрузки от природных факторов нужно принимать по СНиП 23-01-99*(«Строительная климатология») с учетом климатического района строительства.

Таким образом, выполнить расчет железобетонной балки вручную вполне возможно, но, на наш взгляд, гораздо рациональнее будет потрачено время, если воспользоваться какой-либо программой для расчета.

Расчет железобетонной балки

В индивидуальном строительстве, при возведении жилых домов, кроме деревянных, для перекрытия потолка или создания межэтажного прочного перекрытия, используют железобетонные опоры или балки, которые могут быть заводского изготовления или самодельными. И, если в процесс изготовления заводских ж/б балок уже заложено соблюдение каких-то стандартов на основе предварительных расчетов, то расчет железобетонной балки, изготовленной в домашних условиях, придется проводить своими силами. В параметры таких расчетов, кроме основных параметров (свойства материалов), входит и армирование балок с учетом параметров арматуры и прилагающихся в связи с этим свойств.Пример использования балок ж/б

Достоинства и недостатки балок из железобетона

Как и любая конструкция, ж/б балка имеет и достоинства, и отрицательные стороны.

Преимущества:

  1. Высокая механическая, химическая, биологическая и физическая прочность;
  2. Ж/б балки не горят;
  3. Устойчивость к изгибающим, сжимающим, растягивающим и вибрационным усилиям;
  4. Правильно изготовленная балка во влажной среде со временем только увеличивает предел прочности.

Недостатки:

  1. Большая масса, создающая нагрузку на стены и заставляющая применять при монтаже подъемную технику;
  2. Недостаточно высокая, по сравнению с древесиной, теплопроводность;
  3. Себестоимость ж/ изделий выше, чем у деревянных балок и перекрытий.

Схема разрушения железобетонной балки

Размеры балок

Заказывая или изготавливая своими руками балки из железобетона, следует уточнить заранее их размеры и форму. В этом помогут следующие стандартизированные согласно существующим гост требования:

  1. Длина жби L должна быть больше расстояния между несущими стенами на 40 см;
  2. Высоту H балка бетонная должна иметь не менее 1/20 от своей длины;
  3. Ширину B балки железобетонные должны иметь не меньше соотношения 5:7 к их высоте.

Заводские балки перекрытия изготавливаются согласно гост 24893.1-81, 24893.2-81 и гост 20372-90, поэтому габариты этих изделий известны заранее. Для самостоятельного изготовления балочной конструкции понадобится проводить соответствующие расчеты, которые проще и точнее будет рассчитать, используя онлайн калькулятор или настольную компьютерную программу:Калькулятор расчета ж/б конструкций

Ж/б изделия имеют не только разные размеры в зависимости от предназначения, но и разное сечение (например, круглая балка, прямоугольного сечения, балка с квадратным сечением, трапециевидные изделия, двутавровые, L- или Т-образными) и функциональность. По наполнению бетоном государственный стандарт предусматривает два подвида изделий: полнотелые и полые. Выбирая типоразмер и назначение балки, следует иметь ввиду, что для межэтажных перекрытий выполненная по гост балка должна выдерживать нагрузку по массе ≥ 205 кг/м2 с жесткостью по сжатию и изгибу ≥ 1/250, для чердачных перекрытий соответствующие значения 105 кг/м2 и 1/200.

Железобетонная балка прямоугольного сечения

Как сформировать балку своими руками

Перед изготовлением ж/б балки самостоятельно формируют деревянную опалубку, в которую будет заливаться бетон. Внутренние поверхности опалубки устилаются гидроизолирующими пленками.

  1. В опалубке собирается каркас из арматуры Ø 12-14 мм, минимальное количество прутьев – 4 шт, нахлест прутьев ≥ 800 мм, соединение – мягкой вязальной проволокой;
  2. Каркас должен быть полностью скрыт под слоем бетона толщиной ≥ 50 мм, чтобы предотвратить коррозию металла;
  3. Марка бетона ≥ M 350;
  4. Объем раствора должен быть достаточным для заливки в один заход;
  5. В течение набора прочности (до 28 суток) бетон держат укрытым под пленкой и периодически увлажняют.

Разновидности ж/б балок

На рисунке выше показаны разные формы и конструкции балок из железобетона:

Такие ж/б изделия применяются также для перекрытий проемов окон и дверей.Двутавровая балка

Пример расчета ж/б перемычки

  1. Нужно получить железобетонную перемычку длиной 3 метра, толщиной 0,4 м, на перемычку с обеих сторон должны ложиться пустотные ж/б плиты длиной 6 метров с удельной массой до 350 кг/м2 (общая нагрузка на перемычку – до 700 кг/м2);
  2. Расчетное значение нагрузки на 1 пог. м: 700 х 6 = 4200 кг/ п.м;
  3. Изгибающее усилие балки: 4200 х 32 / 8 = 4725 кг/м.

Расчетные размеры: С минимальной шириной перемычки 0,4 м можно принять ее высоту, как 0,2 м.

Таблица с данными для расчетов ж/б балок

При применении железобетонных конструкций в индивидуальном или промышленном строительстве можно более эффективно распределить нагрузку по массе, которую производят полы на несущие стены объекта.

Необходимые требования к железобетонным балкам

По конструктивным особенностям изделий ж/б балки делятся на:

  1. Обычного типа и двускатные решетчатые железобетонные плиты;
  2. Ж/б односкатные монолитные армированные перекрытия;
  3. Балки стропильные с параллельными рельсовыми фиксаторами для оборудования или других конструкций.

Эти сборные ж/б конструкции выполняются в линейных размерах или в ломаных пропорциях, и предназначены для строительства сверхмощных перекрытий и пролетов с большими нагрузками. Примером могут послужить пролеты для подъемной спецтехники, конструкции для складских или производственных помещений.Железобетонная балка в крановом цеху

Конструкции в зависимости от области использования балок из железобетона:

  1. Двутавровые высокопрочные балки для железобетонных плит в промышленных или крупнопанельных жилых зданиях;
  2. Балки для обвязки бетонных конструкций, которые применяются только при возведении бетонных перемычек для оконных или дверных проемов между мощными несущими стенами;
  3. Узлы и элементы подкрановых конструкций, служащие для соблюдения балансировки при работе подъемного оборудования;
  4. Решетчатые железобетонные перекрытия широкого диапазона сечения для всевозможных эстакад;
  5. Ж/б балки для стропильных систем при строительстве кровельных конструкций малоэтажных жилых домов;
  6. Фундаментные ж/б элементы, которые применяются при возведении монолитных ленточных оснований.

Маркировка и габариты балок из железобетона

Согласно ГОСТ, сборные конструкции из железобетона, предназначенные для возведения межэтажных, потолочных и других мощных перекрытий, маркируются и имеют свои размеры согласно классификации:

  1. Аббревиатура БСП обозначает конструкции балочных железобетонных стропильных элементов с параллельными армированными поясами;
  2. Балки марки БСО – это стропильные односкатные железобетонные конструкции;
  3. К балкам с маркировкой БСД относятся двускатные стропильные элементы из железобетона;
  4. Подстропильные ж/б балки маркируются кириллическими символами БП.

Буквенные кириллические символы могут дополняться цифровым кодом из различных групп цифр. Например:

  1. Тип балки обозначается буквенным символом, а следующие за ним арабские цифры обозначают типоразмер и пролет, длина которого измеряется в метрах;
  2. Также арабские цифры используются для обозначения категории балки согласно ее нагрузочной способности, для обозначения класса арматуры и марки бетона, из которого сделана балка;
  3. Для обозначения и классификации вспомогательных параметров и данных, например, отличий в конструкции, условий работы, и т.д.

Балочные конструкции из железобетона можно купить на заводе-изготовителе, или залить в отформованную опалубку своими руками, что (второй вариант) иногда просто необходим в силу особенностей конструкции или размеров изделия. Как форму опалубки, так и размеры, форму, характеристики и свойства балки предварительно рассчитывают, отображая результаты в проекте и спецификации. И, если для изготовления самой балки понадобится только арматура и сыпучие материалы, то для монтажа опалубки, возможно, придется использовать какие-либо криволинейные формы и лекала, так как из обычных досок или фанеры сложную опалубку собрать можно не всегда.Маркировка балок

Армирование потолочных или межэтажных ж/б балок для дома проводится 4-мя арматурными стержнями диаметром до 18 мм, но армирование более мощных конструкций должно проводиться с увязкой нескольких поясов, и из более толстых прутьев. Сварные соединения не допускаются – только связывание мягкой проволокой, так как при прикладывании усилий на растяжение, изгиб или сжатие сварка может лопнуть, что приведет к уменьшению прочности балки и всей строительной конструкции. Чтобы весь армирующий каркас находился в бетоне, его устанавливают на специальные пластмассовые подставки, а по бокам опалубки отступают на 3-5 см.

Чтобы балка получилась прочной и монолитной, без трещин и деформаций, в течение всего времени затвердевания бетона ее поливают водой с последующим укрыванием полиэтиленом. Если не соблюдать это условие, то верхний слой бетона под воздействием ветра и солнца высохнет быстрее, что приведет к неравномерности всего бетонного материала и его растрескиванию.

Калькулятор расчета железобетонной балки

Описание

Расчет железобетонной балки онлайн включает в себя подбор арматуры данной балки при минимальных усилиях с вашей стороны. Вам необходимо будет задать основные данные:

1. Выбрать схему опирания вашей балки (в большинстве случаев это «Шарнир-шарнир»

2. Задать длину балки (задать желательно расчетную длину балки, она обычно меньше фактической длины на величину опирания балки, но и фактическая длина хуже не сделает!)

3. Задать нагрузку на жб балку (см. статью Сбор нагрузок либо посчитать нагрузку на Сборе нагрузок онлайн)

4. Задать размеры сечения балки bxh мм.

5. Выбрать армирование вашей балки (два варианта: арматура только снизу и арматура сверху и снизу).

Внимание: при расчете балки со схемой «Свободный конец» программа уже учитывает тот факт, что растянутая арматура будет сверху, а сжатая снизу!

6. Выбрать класс бетона и арматуры.

7. Задать защитный слой бетона (задать вы сможете самыми различными способами: по условию эксплуатации, по классу условия эксплуатации, а также просто ввести самому.

Как результат онлайн калькулятор железобетонной балки вам выдаст количество и диаметр подобранной арматуры.

Расчет выполнен согласно «СНБ 5.03.01-02 Бетонные и железобетонные конструкции».

Результаты расчетов принимать справочно

Расчет железобетонной балки

1. Определяем высоту сечения балки.

Минимальная высота должна быть не менее 1/15 пролета. Пример: для пролета 6 м, минимальная высота равна:

h=6000/15=400 мм

2. Определяем ширину балки.

Ширина балки от 100 мм. Отношение h/b=2…4. Пример:

h=400 мм, b=400/2=200мм

Если балка заливается с колонной, как правило ширина принимается как у колонны.

3. Определение расчетной схемы.

Условия, при которых опору можно считать жесткой защемленной а не шарнирной:

  • Балка бетонируется заодно со стеной (или колонной);
    или
  • В балке предусмотрены закладные детали по верхнему поясу.

В остальных случаях — шарнирная опора.

4. Сбор нагрузок

Некоторые данные

5. Расчет балки

Далее, имея размеры сечения, пролет и нагрузку, можно выполнить расчет. Есть два пути: выполнить расчет программой для компьютера или считать вручную. Для ручного расчета нужно определить изгибающий момент усилия в балке и подобрать необходимое количество арматуры. Формула для определения максимального момента сил зависит от рассчетной схемы балки (см. п.3).

Момент сил в балках от распределенной нагрузки

Подбор количества арматуры производится по формулам и таблицам.

Расчет железобетонной балки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *