Расчет бетона для плиты перекрытия

Самостоятельный расчет плиты перекрытия: считаем нагрузку и подбираем параметры будущей плиты

Монолитная плита перекрытия всегда была хороша тем, что изготавливается без применения подъемных кранов – все работы ведутся прямо на месте. Но при всех очевидных преимуществах сегодня многие отказываются от такого варианта из-за того, что без специальных навыков и онлайн-программ достаточно сложно точно определить такие важные параметры, как сечение арматуры и площадь нагрузки.

В этой статье мы поможем вам изучить расчет плиты перекрытия и его нюансы, а также познакомим с основными данными и документами. Современные онлайн-калькуляторы – дело хорошее, но если речь идет о таком ответственном моменте, как перекрытие жилого дома, советуем вам перестраховаться и лично все пересчитать!

Расчет количества материалов при устройстве монолитного перекрытия?

Вне зависимости от того, какой способ монтажа опалубки перекрытия вы хотите применить, в итоге вам важно получить качественно выполненное перекрытие и четкое соблюдение размеров.

Давайте на примере рассмотрим, как рассчитать количество материалов для монолитного перекрытия. Допустим, надо залить монолитное перекрытие в доме, который имеет прямоугольную форму. Внутри дома имеется несущая стена толщиной 300 мм, которая делит помещение на две комнаты размерами 6х4 и 6х3. Высота от пола до низа монолитного перекрытия 2,75 м. Толщина перекрытия – 200 мм

Сколько бетона нужно для бетонирования монолитного перекрытия

Площадь монолитного перекрытия с учетом опирания на стены на 300мм равна:

Объем бетона, при толщине монолитного перекрытия 200 мм равен:

V=52,14*0,2=10,43 м 3

Масса монолитного перекрытия

М=10,43*2500=26075 кг=24,08 тонны, где 2500 – удельный вес железобетона (кг/м 3 )

Сколько нужно арматуры для армирования монолитного перекрытия

Монолитное перекрытие армируется каркасом из двух одинаковых сеток из стержней арматуры A3 Ø12 с шагом 200мм.

Определим сколько в одной сетке продольных стержней: делим ширину перекрытия на шаг стержней:

Определим длину в одной сетке продольных стержней:

Определим сколько попоречных стержней в одной сетке, для этого длину перекрытия разделим на шаг 180

N_попер=7300/200=36,5 = 37 шт.

Определим длину поперечных стержней в сетке:

Определим общую длину стержней арматуры в одной сетке:

Определяем общую длину арматуры в каркасе нашего перекрытия:

У нас получается:

на 1 м 2 перекрытия идет L_общ/S=882/52,14=16,92 пог.м.

На 1 м 3 перекрытия идет L_общ/V=882/10,43=84,56 пог.м.

Делаем железобетонные перекрытия

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

По мнению участника форума ontwerper из Москвы, монолитные железобетонные перекрытия не так уж сложно сделать своими силами. Он приводит в качестве аргументов общеизвестные и малоизвестные соображения по их изготовлению. По его мнению, делать перекрытия своими руками выгодно по нескольким причинам:

1. Доступность технологий и материалов;
2. Удобство и практичность с архитектурной и инженерной точек зрения;
3. Подобные перекрытия долговечны, пожаробезопасны и обладают шумоизолирующими качествами;
4. Финансовая целесообразность.

Монолитные работы

Перед тем как заливать бетон ontwerper советует тщательно продумать весь процесс и прежде всего заказать бетон на заводе. Он лучше самодельного — там есть контроль качества и количества наполнителей, улучшающих бетон и долго не дающие ему расслаивается. Состав должен состоять из тяжелых заполнителей, иметь класс прочности В20-В30 (М250-М400), и морозостойкость от F50.

Не ленитесь и проконтролируйте по документам отпускные параметры, класс-марку и время до момента схватывания бетона.

Если вам нужно подать бетон на второй, третий этаж или на большое расстояние то сделать это без бетононасоса вам не удастся, а перекатывание бетона лопатами по бесконечным желобам очень тяжёлое и неудобное занятие.

В зимнее время бетон можно заказать с противоморозными добавками, учитывая, что добавки обычно повышают время набора прочности, некоторые из них провоцируют коррозию арматуры, но это допустимо, если добавка заводская.

ontwerper предпочитает зимой строительство не вести, и вам не рекомендует. В крайнем случае сами раствор не готовьте, воспользуйтесь заводским бетоном.

Монтаж опалубки

Главное назначение опалубки — выдержать массу свеженалитого бетона и не деформироваться. Для вычисления прочности нужно знать, что один 20 сантиметровый слой бетонной смеси давит на квадратный метр опалубки с силой 500 кг, к этому нужно добавить давление смеси при её падении из шланга, и вы поймете, что все элементы конструкции должны быть надёжными.

Для её изготовления ontwerper советует использовать фанеру 18-20мм ламинированную (с покрытием) или простую (но она сильнее прилипает). Для балок, ригелей и стоек опалубки следует использовать брус толщиной не менее 100х100 мм.
После её сборки нужно обязательно проверить горизонтальность всех конструкций. В противном случае в дальнейшем вы потеряете много времени и средств для исправления ошибок.

Армирование

Для этого ontwerper рекомендует призвать на помощь арматуру периодического профиля A-III, А400, А500. В плите перекрытия всегда имеется четыре ряда арматуры.

Нижний — вдоль пролета, нижний — поперек пролета, верхний — поперек пролета, верхний — вдоль пролета.

Пролет – расстояние между опорными стенами (для прямоугольной плиты по короткой стороне). Самый нижний ряд укладывается на пластиковые сухарики, специально предназначенные для этого, их высота составляет 25-30мм. Верхний ряд – перекрывает его поперек и вяжется проволокой во всех пересечениях.

Затем на очереди – установка разделителя сеток – детали из арматуры с определенным шагом, её можно сделать по своему желанию. На разделители – верхняя поперек, — вязать, на нее верхняя вдоль, — вязать проволокой во всех пересечениях. Верхняя точка каркаса (верх верхнего стержня) должна быть ниже верхней грани стенки опалубки на 25-30 мм, или толщина бетона выше верхней арматуры на 25-30 мм.

После окончания армирования каркас должен представлять жёсткую конструкцию, которая не должны сдвигаться при заливке бетона из насоса. Перед заливкой проверьте соответствие шага и диаметра арматуры проекту.

Заливка бетона

После всей подготовки нужно принять и распределить по всей площади бетон, провибрировать его. Лучше всего плиту заливать целиком за 1 раз, если это невозможно, поставьте рассечки – промежуточные стенки внутри контура опалубки, ограничивающие бетонирования. Их делают из стальной сетки с ячейкой 8-10 мм, устанавливая ее вертикально и прикрепляя к арматуре каркаса. Ни в коем случае не делайте рассечек в середине пролета и не делайте их из доски, ППС.

Уход за бетоном

После заливки плиты её нужно укрыть, чтобы предотвратить попадание осадков, и постоянно поливать внешнюю поверхность, чтобы она была влажной. Приблизительно через месяц можно снять опалубку, а в случае крайней необходимости это можно сделать не раньше, чем через неделю и снимать только щиты. Для этого нужно осторожно снять щит, а плиту обратно подпереть стойкой. Стойки поддерживают плиту до её полной готовности, около месяца.

Прочность монолитного перекрытия: расчет

Он сводится к сравнению между собой двух факторов:

1. Усилий, действующих в плите;
2. Прочностью ее армированных сечений.

Первое должно быть меньше второго.

Стены на монолитную плиту перекрытия: рассчитываем нагрузки

Произведем расчеты постоянных нагрузок на монолитную плиту перекрытия.

Собственный вес плиты монолитной перекрытия с коэффициентом надежности по нагрузке 2.5т/м3 х 1.2 =2.75т/м3.
— Для плиты 200мм — 550кг/м3

Собственный Вес пола толщиной 50мм-100мм – стяжка – 2,2т/м2 х 1,2= 2,64т/м3
— для пола 50мм — 110кг/м3

Перегородки из кирпича размером 120мм приведите к площади плиты. Вес 1-го погонного метра перегородки высотой 3м 0.12м х1.2х1.8 т/м3 х 3м = 0,78т/м, при шаге перегородок длиной 4м получается примерно 0,78/4= 0,2т/м2. Таким образом приведенный вес перегородок = 300 кг/м2.

Полезная нагрузка для 1-й группы предельных состояний (прочность) 150кг/м3 – жилье, с учетом коэффициента надежности 1.3 примем. Временная 150х1,3= 195кг/м2.

Полная расчетная нагрузка на плиту — 550+110+300+195=1150кг/м2. Примем для эскизных расчетов нагрузку в — 1.2т/м2.

Определение моментных усилий в нагруженных сечениях

Изгибающие моменты определяют на 95% армирование изгибных плит. Нагруженные сечения– это середина пролета, другими словами – центр плиты.

Изгибающие моменты в квадратной в плане плите разумной толщины, шарнирно опертой — незащемленной по контуру ( на кирпичные стены ) по каждому из направлений Х,Y примерно могут быть определены как Mx=My=ql^2/23. Можно получить некоторые значения для частных случаев.

• Плита в плане 6х6м — Мх=My= 1.9тм;
• Плита в плане 5х5м — Мх=My= 1.3тм;
• Плита в плане 4х4м — Мх=My= 0,8тм.

Это усилия, которые действуют и вдоль и поперек плиты, поэтому нужно проверить прочность двух взаимно перпендикулярных сечений.

Проверка прочности к продольной оси

При проверке прочности к продольной оси сечения по изгибающему моменту (пусть момент положительный, т.е брюхом вниз) в сечении есть сжатый бетон сверху и растянутая арматура снизу. Они образуют силовую пару, воспринимающие приходящее на нее моментное усилие.

Определение усилия в этой паре

Высота пары может быть грубо определена, как 0.8h, где h – высота сечения плиты. Усилие в арматуре определим как Nx(y)=Mx(y)/(0.8h). Получим в представлении на 1 м ширины сечения плиты.

• Плита в плане 6х6м -Nx(y)= 11,9т;
• Плита в плане 5х5м — Мх=My= 8,2т;
• Плита в плане 4х4м — Мх=My= 5т.

Под эти усилия подберите арматуру класса A-III (А400) – периодического профиля. Расчетное сопротивление арматуры разрыву равно R=3600кг/см2. площадь сечения арматурного стержня при диаметре Ф8=0,5см2, Ф12=1,13см2, Ф16=2,01см2, Ф20=3,14см2.

Несущая способность стержня равна Nст=Aст*R Ф8=1,8т, Ф12=4,07т, Ф16=7,24т, Ф20=11,3т. Отсюда можно получить требуемый шаг арматуры. Шаг= Nст/ Nx(y)

• Плита в плане 6х6м для арматуры Ф12 Шаг=4,07т/ 11,9т=34см;
• Плита в плане 5х5м — для арматуры Ф8 Шаг=1,8/ 8,2=22см;
• Плита в плане 4х4м — Ф8 Шаг=1,8/ 5=36см.

Это армирование по прочности по каждому из направлений X и Y, т.е квадратная сетка из стержней в растянутой зоне бетона.

Кроме прочности необходимо уменьшить образование трещин. Для плит домов и жилых помещений пролетом до 6м толщиной 200мм, опертых по контуру (т.е. по четырем сторонам) при любом соотношении а/b можно принимать нижнее рабочее армирование из стержней А III по двум направлениям с шагом 200х200 диаметром 12мм, верхнее (конструктивное) — то же из Ф8, тоньше и меньше не следует.

Все это является частным случаем общего подхода, демонстрирующим специфику задачи, но для её реализации необходимо смотреть глубже и обращаться к специалистам.

Размещено участником FORUMHOUSE ontwerper.

Онлайн калькулятор плитного фундамента

Калькулятор позволяет приблизительно рассчитать количество строительных материалов для плитного фундамента — арматуры, бетона, досок для опалубки, гидроизоляции, песка и щебня для подушки, чтобы сверится со строительной сметой или быстро подсчитать сколько заказывать материалов, если строите без проекта. Не питайте иллюзий, что с помощью онлайн калькулятора можно рассчитать фундамент по нагрузкам, для этого как минимум надо сделать геологические изыскания и иметь проект дома на руках. Для подобных расчетов обращайтесь к проектировщикам.

Армирование

В параметрах:

Материал дома — выбор материала не влияет на расчет, а лишь выводит в расчетной таблице рекомендуемый шаг ячейки армирования плиты. В любом случае шаг ячейки должен вычислять проектировщик дома, данное значение приведено для справки.

Диаметр рабочей арматуры — диаметр основной рабочей арматуры (сетки) фундамента из вашего проекта.

Шаг ячейки рабочей арматуры — расстояние между рядами рабочей арматуры.

Диаметр поперечной арматуры — диаметр арматуры которая служит для разделения нижнего и верхнего слоев арматуры (паук).

Паук из арматуры

В расчете:

Рекомендуемый диаметр рабочей арматуры — зависит от большего значения длины и ширины плиты. От 0 до 3 метров, рекомендуемый диаметр = 10 мм, от 3 до 10 метров диаметр = 12 мм, от 10 до 20 метров диаметр = 14 мм. Данное значение приведено исключительно для справки.

Рекомендуемый диаметр поперечной арматуры — если высота плиты меньше 30 см, то диаметр = 8 мм, если высота плиты больше 30 см, то диаметр = 10 мм. Значение приведено исключительно для справки.

Рекомендуемый размер ячейки рабочей арматуры — зависит от выбранного материала дома. Значение приведено исключительно для справки.

Количество слоев рабочей арматуры — если высота плиты меньше или равна 15 см, то количество слоев (сеток) =1, если высота плиты больше 15 см, количество слоев рабочей арматуры = 2.

Минимальный нахлест рабочей арматуры при соединении в одном ряду = 40 умножить на диаметр рабочей арматуры.

Длина рабочей арматуры рассчитывается с учетом усиления под стенами — добавляется по одному ряду арматуры по краям фундамента (шаг ячейки в два раза меньше заданного), усиление под внутренние стены нужно учитывать самостоятельно.

Количество подставок — рассчитывается с плотностью 2 штука на м².
Под арматурой для усиления торцов понимаются П-образные хомуты для для усиления торцов (см. рисунок ниже):

Опалубка

Тут задается только высота (ширина) досок для самой опалубки и для вертикальных подпорок с шагом в 0,5 метра. Длина всех досок принимается равной 6 м. Толщина досок опалубки принимается равной 40 мм, толщина досок для подпорок принимается 50 мм. Длина распорок не рассчитывается, т.к. не все их используют.

Подушка

Выпуск подушки за фундамент — подушка всегда делается чуть шире самой плиты, обычно на 20-30 см, иногда подушка делается сразу под отмостку — примерно на 1 метр шире плиты.

Стоимость материалов

В стоимости не рассчитывается бетон для подбетонки, геотекстиль и гидроизоляция, так как эти элементы не являются строго обязательными в конструкции плитного фундамента, и не все их делают.

Если вы заметите ошибку в работе калькулятора, пишите об этом в комментариях, постараемся исправить в кратчайшие сроки. Если что-то не понятно как считается также обращайтесь.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Классификация монолитных плит перекрытия

Монолитное перекрытие бывает балочным, безбалочным и ребристым (кессонным).

Балочное перекрытие укладывают двумя способами, в зависимости от типа плиты: ребристая она или гладкая. Если плита ребристая, то балки укладывают перпендикулярно ребрам. Если гладкая, то для достижения большей жесткости балки укладывают перпендикулярно друг другу.

Используют два типа балок: главные (с большим диаметром сечения) и второстепенные (с меньшим диаметром). Балки делают стальными или монолитными. Монолитные балки, в свою очередь, могут иметь разные схемы устройства. Они могут быть уложены в несколько рядов или слоев. Иногда плиту дополнительно усиливают в месте балки дополнительной арматурной сеткой. Стальные балки подпирают само перекрытие или могут находиться в самой монолитной плите. Несущий элемент в балке — двутавр.

При устройстве безбалочного перекрытия используют колонны с капителями. Последние выполнены в виде перевернутой пирамиды. Сечение арматурных штырей 8−12 мм. Капители имеют выпуски штырей с двух сторон, которые входят в сами плиту и укрепляют конструкцию. Плиты имеют каркас в два слоя арматуры. В этом случае плиты имеют толщину от 1/35 до 1/30 длины пролета. В последнее время распространена технология одновременного бетонирования колонн и плит.

Кессонное перекрытие отличается от ребристого количеством направлений ребер: они располагаются в обоих направлениях. Преимущества такого устройства перекрытия в легкости конструкции и прочности на изгиб из-за сетки ребер. При строительстве широкого пролета на месте стыка колонны и перекрытия устанавливается дополнительное арматурное усиление. Штыри колонны проникают в полость опалубки. Кессонное устройство предполагает верхний ряд сплошной арматурной сетки. Диаметр сечения штырей 8 мм.

Параметры монолитной плиты ↑

Понятно, что вес литой плиты напрямую зависит от ее высоты. Однако, помимо собственно веса она испытывает также определенную расчетную нагрузку, которая образуется в результате воздействия веса выравнивающей стяжки, финишного покрытия, мебели, находящихся в помещении людей и другое. Было бы наивно предположить, что кому-то удастся полностью предугадать возможные нагрузки или их комбинации, поэтому в расчетах прибегают к статистическим данным, основываясь на теории вероятностей. Таким путем получают величину распределенной нагрузки.

Здесь суммарная нагрузка составляет 775 кг на кв. м.

Одни из составляющих могут носить кратковременный характер, другие – более длительный. Чтобы не усложнять наши расчеты, условимся принимать распределительную нагрузку qв временной.

Как рассчитать наибольший изгибающий момент ↑

Это один из определяющих параметров при выборе сечения арматуры.

Напомним, что мы имеем дело с плитой, которая оперта по контуру, то есть, она будет выступать в роли балки не только относительно оси абсцисс, но и оси аппликат (z), и будет испытывать сжатие и растяжение в обеих плоскостях.

Как известно, изгибающий момент по отношению к оси абсцисс балки с опорой на две стены, имеющей пролет l_n вычисляют по формуле m_n = q_nl_n 2 /8 (для удобства за ее ширину принят 1 м). Очевидно, что если пролеты равны, то равны и моменты.

Если учесть, что в случае квадратной плиты нагрузки q₁ и q₂ равны, возможно допустить, что они составляют половину расчетной нагрузки, обозначаемой q. Т. е.

Иначе говоря, можно допустить, что арматура, уложенная параллельно осям абсцисс и аппликат, рассчитывается на один и тот же изгибающий момент, который вдвое меньше, нежели тот же показатель для плиты, которая в качестве опоры имеет две стены. Получаем, что максимальное значение расчетного момента составляет:

Что же касается величины момента для бетона, то если учесть, что он испытывает сжимающее воздействие одновременно в перпендикулярных друг другу плоскостях, то ее значение будет больше, а именно,

Как известно, для расчетов требуется единая величина момента, поэтому в качестве его расчетного значения берут среднее арифметическое от М_а и М_б, которое в нашем случае равно 1472.6 кгс·м:

Как выбрать сечение арматуры ↑

В качестве примера произведем расчет сечения стержня по старой методике и сразу отметим, что конечный результат расчета по любой другой дает минимальную погрешность.

Какой бы способ расчеты вы ни выбрали, не надо забывать, высота арматуры в зависимости от ее расположения относительно осей x и z будет различаться.

В качестве значения высот предварительно примем: для первой оси h₀₁ = 130 мм, для второй – h₀₂ = 110 мм. Воспользуемся формулой А_0n = M/bh 2 _0nR_b. Соответственно получим:

А₀₁ = 0.0745 А₀₂ = 0.104

Из представленной ниже вспомогательной таблицы найдем соответствующие значения η и ξ и посчитаем искомую площадь по формуле Fan= M/ηh0nRs.

Fa1 = 3,275 кв. см. Fa2 = 3,6 кв. см.

Фактически, для армирования 1 пог. м необходимо по 5 арматурных стержня для укладки в продольном и поперечном направлении с шагом 20 см.

Для выбора сечения можно воспользоваться нижележащей таблицей. К примеру, для пяти стержней ⌀10 мм получаем площадь сечения, равной 3,93 кв. см, а для 1 пог. м она будет в два раза больше – 7,86 кв. см.

Сечение арматуры, проложенной в верхней части, было взято с достаточным запасом, поэтому число арматуры в нижнем слое можно уменьшить до четырех. Тогда для нижней части площадь, согласно таблице составит 3,14 кв. см.

Преимущества применения плит перекрытий

Технология возведения перекрытий в виде армированных бетонных плит обладает целым рядом преимуществ, среди которых:

• возможность сооружения перекрытий для зданий и сооружений с практически любыми габаритами, независимо от линейных размеров. Единственным нюансом являются конструктивные особенности зданий. При слишком большой площади покрытия для устойчивости перекрытий, отсутствия провисаний устанавливаются дополнительные опоры. Для домов и сооружений, стены которых выполнены на основе газобетона для установки плиты железобетонного перекрытия осуществляют монтаж дополнительных опор, изготовленных из стали или бетона;
• отсутствие необходимости масштабных отделочных работ на внутренней части поверхности, которая, как правило, благодаря технологии монолитного литья имеет гладкую и ровную форму;
• высокая степень звукоизолирующих свойств. Принято считать, что плита перекрытия толщиной 140 мм обладает высокой степенью шумоподавления, обеспечивающего комфортность проживания в доме для человека;
• конструктивно данная технология обладает гибкими инструментами для строительства различных архитектурных форм и объектов. Так, например, загородный дом можно с легкостью оборудовать балконом на втором этаже, который будет иметь необходимые размеры и конфигурацию;
• высокий уровень прочности и долговечности строительной конструкции перекрытии в целом, который обусловлен набором прочностных характеристик армированного бетона.

НДС перекрытий

Для определения общих принципов армирования монолитного перекрытия необходимо понять типологию его работы посредством анализа напряженно-деформированного состояния (НДС). Удобнее всего это сделать с помощью современных программных комплексов.

Рассмотрим два случая – свободное (шарнирное) опирание плиты на стену, и защемленное. Толщина плиты 150мм, нагрузка 600кг/м2, размер плит 4,5х4,5м.

Прогиб в одинаковых условиях для защемленной плиты (слева) и шарнирно опертой (справа).

Разница в моментах Мх.

Разница в моментах Му.

Разница в подборе верхнего армирования по Х.

Разница в подборе верхнего армирования по У.

Разница в подборе нижнего армирования по Х.

Разница в подборе нижнего армирования по У.

Граничные условия (характер опирания) смоделированы наложением соответствующих связей в опорных узлах (отмечены синим цветом). Для шарнирного опирания запрещены линейные перемещения, для защемления – ещё и поворот.

Как видно из диаграмм, при защемлении работа приопорного участка и средней области плиты существенно отличается. В реальной жизни любое железобетонное (сборное или монолитное) является как минимум частично защемленным в теле кладки. Этот нюанс важен при определении характера армирования конструкции.

Сбор нагрузок – некоторый дополнительный расчет

Сбор нагрузок и расчет прочности монолитных плит перекрытия часто сводится к сравнению двух факторов между собой:

• усилий, которые действуют в плитах;
• прочностью армированных ее сечений.

Первое в обязательном порядке должно быть меньше, чем второе.

Определение в нагруженных сечениях моментных усилий. Моментных, потому что изгибающие моменты будут определять на 95% армирование изгибных плит. Нагруженные сечения – середина пролета или, выражаясь другими словами, центр плиты.

Изгибающие моменты в квадратной плите, которая не защемлена по контуру (пример – на кирпичные стены) по каждому направлению X и Y могут определяться: Mx = My = ql^2 / 23.

Для частных случаев можно получить некоторые определенные значения:

1. Плита в плане 6х6 м – Mx = My = 1.9тм.
2. Плита в плане 5х5 м – Mx = My = 1.3тм.
3. Плита в плане 4х4 м – Mx = My = 0.8тм.

При проверке прочности считается, что в сечении имеется сжатый бетон сверху, а также растянутая арматура снизу. Они способны образовать силовую пару, которая воспринимает моментное усилие, приходящее на нее.

Формулы и примеры

Основанием для расчета монолитной плиты перекрытия являются СНиП No 52-01, изданный в 2003 году и СП No 52-101, также изданный в 2003 году. В этих государственных актах изложены все требования к железобетонным и бетонным конструкциям.

В качестве примера расчета предлагается рассмотреть квадратную монолитную плиту, устанавливаемую на несущие стены по всему контуру.

Исходные данные:

• стены изготовлены из традиционного кирпича, 510 мм;
• план помещения, 5.1х5.1 м;
• опирание МПП, 250 мм;
• полные габариты МПП, 5.6х5.6 м;
• расчетный пролет: l1 = l2 = 5.1 м;
• бетон В-20, сопротивление на сжатие Rб = 11.51 МПa = 117.1 кгс/см 2 и плотностью 2300 кг/м 3 ;
• арматура кл. AIII, сопротивление на растяжение Rs = 356 МПa =3610 кгс/см 2 .

Поскольку, согласно строительным нормам нормативные нагрузки от расположенных выше стройконструкций на проектируемое перекрытие для жилых помещений принимают в диапазоне от 200 до 800 кг/м 2 , специалисты рекомендуют в качестве распределенной нагрузки для перекрытия жилого дома выбрать qвр = 400 кг/м 2 . Как правило, она учитывает среднестатистические нагрузки жилых помещений: стяжка пола, мебель, бытовое оборудование и вес жильцов.

Такую нагрузку условно считают временной, поскольку в будущем возможны перепланировки и ремонты, которые могут повлиять на ее итоговый размер. Поскольку высота перекрытия в начале расчетов неизвестна, допускается ее принимать предварительно, с учетом среднестатистических показателей h = 17 см, тогда собственная нагрузка МПП рассчитывается:

Этот показатель приблизительный, вследствие того, что истинный вес 1 м 2 ЖБ перекрытия на самом деле зависит не только от объема арматуры и Д прутков, но также и от объема и размера фракций бетонных наполнителей, уровня их уплотнения и прочих факторов. Представленная нагрузка считается постоянной.

Отсюда следует, что общая распределенная нагрузка на перекрытие будет составлять:

q = qмпп + qвр = 391 +400 = 791 кг/м 2

Параметры толщины плиты

Для монолитных перекрытий противодействие железобетона растяжению по существу равняется «0». Подобный вывод следует из анализа и сравнения напряжений на растяжение, которые конкретно испытывают составляющие плиты: бетон и арматура.

Различие между ними достигает существенное, что говорит о том, что практически полную нагрузку принимает на себя армокаркас. А вот нагрузки на сжатие ведут себя по иному — эти силы распределены равномерно вдоль вектора силы. Поэтому в результате, такое сопротивление берется по расчетному показателю.

СНиП требует, чтобы толщина плиты была взаимосвязана с размером пролета, установив предельное соотношение 1:30. За размер пролета неизменно принимается протяжённость наиболее длинной стены. В нашем случае помещение квадратное, все стены равны 5.1 м.

Расчет толщина монолитного перекрытия:

5.1х30х0,1= будет 15.3 см.

Результат ниже предварительно принятой в расчетах толщины 17 см, поэтому у расчетной плиты перекрытия будет запас прочности. Частному застройщику лучше принимать плиту перекрытия с запасом.

Специалисты не советуют частникам проектировать огромные помещения и пролеты, поскольку толщина МПП не может превосходить предельный нормативный показатель 25 см.

Максимальный изгибающий момент

Нахождение наибольшего изгибающего момента зависит от схемы опирания перекрытий. Когда МПП лежит на 2-х несущих стенках, ее можно приравнивать к балке на 2-х шарнирных опорах, для простоты подсчетов ширина такой балки принимается равной 1.0 м.

В нашем примере перекрытие опирается на 4-е несущие стенки оценивать поперечное сечение только в отношении оси X недостаточно, поскольку сжимающие/растягивающие напряжения образуются в 2-х плоскостях Х и Z.

Расчет относительно оси Х пролета — l1 заключается в установлении изгибающего момента М1:

Поскольку пролеты равны, изгибающий момент м 2 по оси Z будет равен М1

При расчетной нагрузке q = q1 + q2 и плите в форме квадрата, можно определить, что q1 = q2 = 0.5q в таком случае моменты будут равны

М1 = м 2 = q1 l12 /8 = q l12 /16 = q l22 /16

Из этого можно сделать вывод, что арматурные прутья, укладываемые параллельно осям Х и Z, можно рассчитать на равнозначный изгибающий момент, он будет ниже в два раза, чем для перекрытий, опирающихся на 2 несущие стенки.

Наибольший изгибающий момент для арматурных стержней:

Мар = 791 х 5.12/16 = 1285.86 кгс·м.

Данный показатель момента допускается применять исключительно для определения характеристик арматурного каркаса. Поскольку на бетон воздействуют сжимающие напряжения в 2-х перпендикулярных площадях, поэтому это показатель для бетона необходимо брать больше:

Мбет = (м 2 1 + м 2 2)0.5 = Mар√2 = 1285.86·1.4140 = 1818.21 кгс·м.

Далее можно найти среднее значение между двумя моментами:

М = (Мар + Мбет)/2 = (1285,86+1818,21)/2 =1552,035 кгс·м.

Для того чтобы выбрать арматуру, предварительно принимают высоты осей:

• h01 = 135 мм;
• h02 = 114 мм.

Базовая формула для расчета:

После подставления данных, получают:

• А01 = 0.0745
• А02= 0.104

Полученные данные применяют для табличного определения η и ξ.

Найденные табличные данные подставляют в выражение:

• Faр1 = 3,275 см 2 .
• Faр2 = 3,6 см 2 .

По данным расчетам получают результат армирования МПП с помощью 5 арматур для установки продольно/поперечно с шагом 200 мм.

Например, для 5-ти прутьев Д=10 мм F сечения, будет равна 3,93 см 2, а для 1 м.п она станет — 7,86 см 2 .

Таким образом, очевидно, что F арматуры вверху армокаркаса получено с запасом. Также можно пересчитать количество стержней, например, уменьшить их до 4-х.

О расчета монолитного перекрытия на изгиб рассказано в видео:

Согласно СНиП 52-01-2003 и СП 52-101-2003 в основе расчета ж/б элементов лежит следующая информация:

• Сопротивление бетона растяжению принимается нулевым значением. Причиной такого допущения является разница в сопротивлении растяжения между бетоном и арматурой. Значение сопротивления арматуры к таким нагрузкам превосходит бетон приблизительно в 100 раз. В итоге получается, что на растяжении работает только арматура.
• Сопротивление бетона сжатию принимается значением определенным равномерным распределением по существующей зоне сжатия. В итоге данное сопротивление бетона не должно приниматься более чем расчетное сопротивление Rb.
• Значение максимального растяжения в арматуре не должно превышать значение расчетного сопротивления Rs..

Чтобы устранить возможность образования эффекта пластического шарнира (где значение изгибающего момента отдалена от нуля, вследствие чего происходит обрушение конструкции) соотношение ξ сжатой зоны бетона «y» расстоянию от центра тяжести арматуры до верха балки h0, ξ=у/ho (6.1) не должно превышать предельное значение ξR.

Для определения предельного значения используется следующая формула:

Формула (6.2) является эмпирической (опирающейся на непосредственное наблюдение) и выведена при проектировании железобетонных конструкций. Значение Rs — это сопротивление арматуры измеряемое в мПа (миллипаскалях). В тоже время, данный этап работ допускает использование таблицы 1.

Значение aR обозначает расстояние от центральной точки поперечного сечения арматуры до нижнего уровня балки. С увеличением этого расстояния (его минимальное значение не должно быть не меньше диаметра самой арматуры и не меньше 10 мм) усиливается сцепление арматуры с бетоном. Однако вместе с этим уменьшается полезное значение h0.

Таблица 1. Граничные значения относительной высоты сжатой зоны бетона:

Если расчеты проводятся недостаточно квалифицированными проектировщиками (грубо говоря — не профессионалами) с целью предостережения, рекомендуется занижать значение сжатой зоны ξR в 1.5 раза.

В нашем случае, а=200 мм.

Если ξ ≤ ξR или же в сжатой зоне отсутствует арматура, для проверки прочности бетона используется следующая формула:

Смысл данной формулы следующий: поскольку любой момент может быть представлен в виде силы работающей с плечом, то в отношении бетона должно быть применено вышеприведенное условие.

При том же ξ ≤ ξR для проверки прочности прямоугольных сечений с одиночной арматурой используется следующая формула:

Смысл данной формулы следующий: согласно расчету, арматура должна выдерживать нагрузку равную той, что выдерживает бетон. Поскольку как первый, так и последний испытывает действие одинаковой силы с аналогичным плечом.

Данная расчетная схема не является единственной, расчет может быть произведен относительно центра тяжести приведенного сечения. Но стоит заметить, что железобетон является композитным (искусственно созданным сплошным материалом с неоднородным составом) материалом, за счет чего его расчет по предельным напряжениям (при сжимании или растяжении) возникающим в поперечном сечении ж/б балки достаточно непростая задача. В тоже время железобетон в этом не одинок. Разброс прочностных характеристик встречается у таких конструкционных материалов как сталь, алюминий и т.п. Сюда же можно отнести древесину, кирпич, а также полимерные композитные материалы.

Для определения высоты сжатой зоны бетона при отсутствии в ней арматуры используется следующая формула:

Для возможности определения сечения арматуры нужно определить коэффициент am:

Если аm М=180000 кгс·м, по формуле (6.3);

Выходит, что все соответствует нужным требованиям.

При увеличении класса бетона до В25, снижается количество требуемой арматуры, поскольку для В25 Rb=148 кгс/см² (14.5 МПа).

• am=1800/(1·0.08²·1480000)=0.19003;
• As=148·100·10(1-√‾(1-2·0.19))/3600=6.99 см².

Из этого исходит, что для армирования 1 погонного метра плиты перекрытия понадобится всего 5 стержней диаметром 14 мм с шагом 200 мм (допускается продолджение подбора сечения). Также стоит заметить, что с целью удовлетворения требованиям по максимально допустимому прогибу, высота плиты завышается до 130-140 мм, при этом сечение арматуры составляет 4-5 стержней Ø16 мм.