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.

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.

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:

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.

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.

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

1. Балка с прямоугольным сечением (рис. №1);
2. Балка с T-образным сечением (рис. №2);
3. Балка с L-образным сечением (рис. №3);
4. Прогонная балка (рис. №4);
5. Балка с двутавровым сечением (рис. №5);
6. Двускатная балка на двух опорах с двутавровым сечением (рис. №6).

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

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.

1. Классы арматуры и бетона: А₀ = M / b х h²₀ х R_пр = 4725 / (0,4 х 0,18² х 1450000) = 0,251;
2. Согласно таблицы ниже определяется η = 0,853 и ξ = 0,293;
3. Расчетная площадь сечения арматуры: F_a = M / η х h_{0 х} R_a = 4725 / (0,853 х 0,18 х 36000000) = 0,000854 м² или 8,54 см²;
4. Армирование проводится четырьмя прутьями Ø 18 мм. Площадь сечения прута — 10,17 см²;
5. Плотность армирования: μ % = 100 х 0,293 х 145 / 3600 = 1,18 %.

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.

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.

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.