Кирпичное перекрытие по металлическим балкам

Обновлено: 14.05.2024

Я все таки думаю, все дело в самом по себе тонком перекрытии и + № балки подобраны впритык безо всякого запаса.
Вот.
Поэтому как мне кажется, можно усилить балки.
А можно все нафиг разобрать и собрать по хорошему - балки побольше, перекрытие потолще.
Что делать? Какие меры посоветуете принять?

Как-то не говорят так проектировщики, больше на производственников похоже

Не тонкое. 100мм это даже много для 1,5 метрового пролета.

это вообще ни причем - нагрузки еще нет.

на 10м попадается 10/1,5=6 балок, так что толщина перекрытия точно не причем.
Думаю дело в главных балках. Вообще надо смотреть систему и считать частоту колебаний - делал такое для сборных плит. Доказал что быть такого не может, люди согласились что показалось :-).

Если деньги есть, то да. Если деньги считаете не только в своём кармане, то выполните усиление балок, выполнив предварительно расчёт. Если будете выполнять усиление, а это сварка, надобно предусмотреть временные подпорки. Варианты усиления МК посмотрите в Download.

Если вы скажите пролёт балок и полезную нагрузку, вам почти сразу дадут ответ.
А вобще, скорее всего ваша плита не заанкерена к балкам (например усами из ар-ры), и поэтому всё шевелится

А вобще, скорее всего ваша плита не заанкерена к балкам (например усами из ар-ры), и поэтому всё шевелится

можно не анкерить, но тогда в первое время плита и балки как-бы притераются. Разные балки имеют разные пероначальные прогибы, и поэтому образуются зазоры между ними и плитой. Потом всё должно осесть и притереться))
Я всегда анкерю монолитные плиты, да и во многой литературе это показывается. имхо конечно

Откуда Вы взяли? Если уложены ряды двутавра одного номера, одинаковой длины, на них плита, одна нагрузка (здесь именно об этом и толкуется) и разный прогиб - из области фантастики.
Какая притирка? Это не клапаны в двигателе авто.

ни какой фантастики. даже при производстве работ балки загружены разной нагрузкой (крепление опалубки, материалы, механизмы и т.д.)

Паша П.М., дело не в разных прогибах. "Притирка" к балкам не требуется уже хотя бы потому, что плита не кладется а "заливается" в опалубку по профлисту.

Анкерные связи и упоры устанавливаются для обеспечения совместной работы ж.б. плиты и стального прогона как единой "комбинированной сталежелезобетонной балки". Несущая способность и жесткость такой конструкции на порядок выше, чем в случае, если плита и прогон работаю отдельно (плита свободно "скользит" по прогону).

Относительно вопроса автора темы, соглашусь, что предметно разговор можно вести только после получения пролетов и нагрузок.

На вскидку, для пролетов до 5-6м при небольших нагрузках (офисы, например) конструкция в виде монолитной ж.б. плиты толщиной 100мм по 25-м балкам с шагом 1.5м при нормальной анкеровке имеет право на существование.

Есть перекрытие над подвалом выполнено в виде цилиндрических сводов по металлическим балкам из двутавра №13. Пролет каждого свода (шаг мет. балок) 1,3-1,5 м. Длина свода около 4,0 м.
Есть результаты обследования, где рассчитываются эти металлические балки из двутавра 13 без учета сводов на полную нагрузку (как классическое перекрытие). Ес-но по результатам этого расчета балки перенапряжены в разы и их состояние признано аварийным.
Хотелось бы разобраться, как правильно рассчитывают такие перекрытия?

Сам свод также необходимо включать в работу. мы считали как-то перекрытие:сводчатое по металлическим балкам, правда железобетонное. действительно,если если брать только балки, то они получаются перегружены.А если с учетом работы свода, то прогиб был минимальный и по прочности все проходило!Делайте пространственную модель по результатами обследованияи считайте. значения усилий будут отличаться.

На формуме были уже такие темы, поищи на слово "сводики".
Странный разрез. Толщина кирпичного свода 200 мм. Они что, все кирпичи тесали? Толщина таких сводов обычно 1/2 кирпича

Спасибо вссем за ответы!
Сначала по слову своды поиск юзал, но он не дал результатов, а вот по сводикам нашел кое-что.

Не называй эти своды Монье. Сводчатые конструкций патентованные Монье, это ж/б армированный однорядной сеткой. У тебя обычные кирпичные сводики по балкам. Само плохое у них - это стенка балки. Даже если видишь, что нижней полки нет - это ничего (испытывали) Но когда в подвале влажный воздух и есть изменения температуры - гниет не полка, а стенка. Вот это хреново и черевато внезапным обрушением. Еще плохо когда демонтируется свод только с одной стороны балки, народ не успевает убежать. Сам свод расчитывать необходимо действительно проверять тольуо на сосредоточенные нагрузки, если распределенные - то несущая способность свода в 3-4 раза превышает почность балки. Даже если кладка насухо и имеется прдольная трещина (только не сквозная и нет выполаживания) А расчет их прост

У меня ситуация такая, что сами своды дефектов не имеют, а вот балки из двутавра с 1904 года сгнили полностью. Давно такого не видел:
1. когда НП двутавра 4-х метровой балки оторвался под собственным весом от стенки и висит покачиваясь.
2. когда стенка двутавра полностью разбирается руками.

Я так думаю, что расчитывать своды с такими дефектами - это уже за гранью добра и зла?

Наверное правильным решением будет разобрать эти своды и устроить новое перекрытие.

Рассматривается проблема отсутствия методики расчета несущей способности металлической балки в составе кирпичного свода. Показана неточность метода расчета балки как отдельного элемента.

Ключевые слова: металлическая балка, кирпичные своды, несущая способность, методика расчета.

В современной практике обследования исторических зданий довольно часто встречаются перекрытия в виде кирпичных сводов.

Сводчатые перекрытия обладают достаточно высокой несущей способностью, а также долговечностью и огнестойкостью. К недостаткам таких перекрытий можно отнести большой собственный вес, а также сложность оценки несущей способности конструкции в целом [1].

В нормативной литературе не отражены методики расчета, которые описывают действительную работу конструкции кирпичного свода по металлическим балкам.

По результатам визуального обследования и поверочных расчетов часто делается вывод о недопустимом или аварийном состоянии металлических балок. Отсутствие нормативных методик расчета зачастую приводит к бесполезным работам по усилению или демонтажу перекрытий [2–5].

На рис. 1 приведены фотографии кирпичного сводчатого перекрытия по металлическим балкам с различных объектов. На представленных фотографиях можно увидеть, что металлические балки поражены коррозией, однако других дефектов, свидетельствующих о превышении их несущей способности (значительные прогибы, трещины по сводам и пр.), не выявлено.

Рис. 1. Перекрытия в виде кирпичных сводов по металлическим балкам на различных объектах культурного наследия: сверху — «Красный дом», г. Ивангород; слева — «Дворец культуры», г. Выборг; справа — Учебный корпус СПб ГМТУ

Целью настоящей статьи является анализ методики расчета несущей способности металлической балки в существующих конструкциях без учета совместной работы с кирпичным сводом.

Произведем расчет несущей способности металлической балки на примере одного из вышеописанных объектов. Уровень ответственности здания нормальный.

Конструкции перекрытия состоят из кирпичных сводов, опертых на металлические балки. Сечение балок — двутавр № 18 Германского нормального сортамента, пролет

Производим оценку несущей способности металлической балки № 18 Германского нормального сортамента со следующими геометрическими характеристиками:

В результате сбора нагрузок на балку перекрытия расчетная нагрузка с учетом нагрузки от собственного веса балки, кирпичного заполнения, пирога пола составила

Согласно п. 18.2.4 [6] для зданий до 1932 года постройки принимаем расчетное сопротивление стали

Согласно Техническому заключению по результатам обследования сводчатое заполнение представлено кирпичом керамическим полнотелым маркой по прочности М75, марка раствора М25. Удельный вес кирпичной кладки принимаем 1800 кг/м 3 . Высота свода 200 мм, стрела подъема свода

Принимаем расчетный пролет с учетом величины заделки балки в кирпичную стену:

— пролет балки в свету, м;

— величина заделки балки в кирпичную стену, м.

Балки рассматриваются как обособленные стержневые элементы системы, нагруженные весом кирпичного заполнения.

Расчетная схема элемента представляет собой однопролетную шарнирно опертую балку.

Изгибающий момент от расчетной нагрузки:

Расчет на прочность выполняем по формуле 41 1 :

коэффициент условий работы.

Около 35–50 % запаса прочности металлической балки приходится на нагрузку от веса кирпичного заполнения. При анализе несущей способности металлических балок на аналогичных объектах, в различных условиях (длина пролета, сечение балки, высота сводчатого перекрытия и прочее) коэффициент использования находится в пределах 1,6…2,2. Полученный результат противоречит фактическому состоянию конструкции перекрытия.

Такой метод оценки несущей способности металлической балки в составе кирпичного свода не учитывает совместную работу конструкций.

Совместная работа может быть учтена путем:

– приведения конструкции к общему сечению через сопоставления разных геометрических и жесткостных характеристик элементов;

– учета силы трения, возникающего на контакте материалов в результате действия горизонтальной распорной реакции от двух смежных сводов.

Необходимо выполнить натурные испытания подобных конструкций, для анализа напряженно-деформированного состояния.

Эксперимент позволит получить необходимые данные о работе металлической балки и всей конструкции в целом. Результаты испытания будут являться обоснованием для возможности учета совместной работы разнородных материалов.

1. Лахтин Н. К. Расчет арок и сводов. М.: 1911. — с.480.

2. Лаптев Е. А. Оценка несущей способности перекрытий по стальным балкам с накатом в виде сводиков в зданиях Санкт-Петербурга: ВКР магистра: 08.04.01/ Лаптев Е. А. — СПб., 2016. — 55 с.

3. Фролов А. В., Зимин С. С., Фролова Е. В. Влияние жесткости кирпичного сводчатого заполнения на несущую способность балок. // Синергия наук. — 2017. № 10. — с.580–592.

4. Фролов А. В., Зимин С. С., Фролова Е. В. Методика расчета несущей способности балок с учетом жесткости кирпичного сводчатого заполнения// Синергия наук. — 2017. № 10. — с.593–619.

5. Попов А. О., Антипина В. В. Технология перекрытий конструкции «Монье»// Успехи современной науки. — 2017. Том 4, № 1. — с.179–182.

6. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*»

Основные термины (генерируются автоматически): металлическая балка, несущая способность, кирпичный свод, балок, кирпичное заполнение, совместная работа, Германский нормальный сортамент, кирпичная стена, методика расчета, расчетная нагрузка.

Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению.

Кроме того, разработана новая методика расчёта конструкции, учитывающая совместную работу её элементов. Данный метод использован в расчёте надподвального перекрытия Дома Мельникова в Санкт-Петербурге. Результаты расчёта сравнены со значениями, полученными в результате инструментального анализа.

Ключевые слова: железобетонные своды, расчёт, совместная работа, перекрытие.

Введение

В конце XIX — начале XX вв. одним из конструктивных решений междуэтажных перекрытий в зданиях было перекрытие по металлическим балкам. Межбалочные заполнения могли быть различными — из кирпичных, бетонных или железобетонных сводов, из плоских кирпиче-железных покрытий, с использованием волнистого железа или гипсовых досок. Самым распространённым среди них являлось перекрытие с накатом в виде бетонных сводиков.

Рис. 1. Междуэтажное перекрытие по металлическим балкам

Высокая степень огнестойкости, коррозионная стойкость, а также дешевизна железа и цемента и простота их изготовления способствовали массовому внедрению данной конструкции в строительство гражданских зданий, а способность выдерживать значительные нагрузки — в строительство некоторых фабричных и промышленных зданий.

Подобные конструкции перекрытий использовались недолго и перестали применяться уже в первой трети XX века. В основном, это произошло из-за активного использования в строительстве железобетонных конструкций.

Несмотря на то, что перекрытия по металлическим балкам с накатом в виде бетонных сводиков применялись сравнительно недолго, зданий с подобным конструктивным решением сохранилось немало.

Многие из таких перекрытий по результатам визуального осмотра и поверочного расчёта находятся в неудовлетворительном состоянии и нуждаются в ремонте, усилении или замене конструкций. Несмотря на это, они продолжают воспринимать приложенные к ним нагрузки.

Этот факт говорит о том, что в настоящее время нет достоверных методик расчёта перекрытий со сводчатым заполнением. Рассмотрим основные причины их отсутствия.

Основные причины отсутствия достоверных методик расчёта

Из всех факторов, приводящих к неверным расчётам рассматриваемых перекрытий, можно выделить два основных:

Ошибочный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции перекрытия.

Период с середины XIX в. характеризовался активным изучением арочно-сводчатых конструкций. Основная часть исследований в то время была ориентирована на расчёт исключительно каменных сводов, преимущественно полуциркульных или лучковых .

Появление в конце столетия плоских бетонных сводчатых конструкций не вызвало должного научного интереса. Учёных волновал, в основном, бетон как строительный материал, так как на тот момент он ещё не был достаточно изучен. Характер работы самой конструкции детально не исследовался. С учётом того, что подъём свода составлял всего от 1/6 до 1/12 от пролёта, его геометрией пренебрегали, рассматривая конструкцию как обычную балку. Подтверждение этому можно найти во многих научных работах того времени. Например, в книге В. Р. Бернгарда «Арки и своды. Руководство к устройству и расчёту арочных и сводчатых перекрытий», 1901 г., сказано следующее: «Конструкция плоских сводов на металлических балках относится к балочным перекрытиям, и здесь не подлежит рассмотрению».

Точно такой же подход используется и при современных поверочных расчётах. Между тем, он совершенно недопустим. Своды, даже плоские, имеют горизонтальные реакции распора, которые отсутствуют в балках. Такой некорректный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции и приводит в дальнейшем к ошибкам в расчётах.

Рис. 2. Опорные реакции: А — в балке, Б — в своде

Отсутствие необходимости в расчёте конструкции перекрытия.

При строительстве зданий были нередки случаи, когда расчёт конструкций перекрытий не проводился. Объяснялось это тем, что учёные опирались на накопленный опыт и брали конструкции «на глаз», с большим запасом прочности. Кроме того, при необходимости они могли жёстко зафиксировать концы балок в стене, тем самым заметно уменьшить прогиб и увеличить прочность конструкции.

Между тем, такие ошибки при расчётах приводят к сильно заниженным результатам, и, как следствие, к неоправданному усилению конструкций и перерасходу материала. Таким образом, возникает необходимость в совершенствовании методов расчёта сводчатых перекрытий.

Эта цель может быть достигнута путём приведения конструкции перекрытия к комбинированной конструкции, в которой металлические балки будут работать совместно с бетонными сводами.

Расчёт надподвального перекрытия Дома Мельникова вСанкт-Петербурге

В 2017 г. Институтом проектирования и обследования строительных конструкций, зданий и сооружений Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета была выполнена оценка технического состояния несущих конструкций надподвального перекрытия Дома Мельникова, расположенного по адресу: Сапёрный пер., д.10, лит. Б.

Рис. 3. Надподвальное перекрытие. Фрагмент

Данные конструкции состояли из бетонных сводов, опёртых на металлические балки. Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4], пролёт — 7,8 м.

По данным инструментального анализа прогиб балки составил 3,0 см.

Рис. 4. Надподвальное перекрытие. Фрагмент

Произведём аналитический расчёт данного надподвального перекрытия.

Проверяем наиболее нагруженный участок перекрытия. Несущими элементами перекрытия являются металлические балки I№ 25 немецкого сортамента [4] (I_x=4966 см 4 , W_x=397 см 3 , A_б=49,7 см 2 , P n =39 кг/м) и работающие совместно с ними бетонные своды. Расстояние между балками a=1,5 м.

Расчётный пролёт балки l₀ принимаем равным

(1)

где l — длина балки, м; l’ — величина заделки балки в кирпичную стену, м.

Производим сбор нагрузок на балку перекрытия (см. Табл. 1).

Сбор нагрузок на балку перекрытия

№п/п

Наименование

Нормативная нагрузка, кг/м

Коэффициент надёжности по нагрузке

Нормативная нагрузка, кг/м

Собственный вес металлической двутавровой балки, I25 немецкого сортамента

Многочисленные попытки установить, где и когда было впервые использовано перекрытие с лучковыми сводами по стальным балкам, при устройстве сводчатой части которых использована кирпичная кладка, не увенчались успехом. Поэтому в строительной и реставрационной практике название - «свод Монье» стало нарицательным.

На начальном этапе своего становления в строительной практике своды, устроенные по типу "Монье" выполнялись из кирпича и опирались на стальные или железные рельсы, а заполнения пролетной части выполнилось из кирпича по кружалам. Здания, имеющие перекрытия такого типа встречаются вдоль строящихся железных дорог в период с 1840-х годов.

При этом встречаются конструкции сводов, опирающихся на чугунные грибовидные рельсы (изготовленные по дюймовой системе измерений), с явно выраженной головкой примыкающей к стенке рельса, с подошвой имеющей проушины. Кроме указанной выше конструкции рельса использовались чугунные рельсы конструкции П.К. Фролова (выпуклых рельсов с эллиптической формой поверхности катания), двухголовые рельсы и широкоподошвенные рельсы. С 1870- хх гг. появляются своды Монье, которые в качестве опорных балок имеют стальные рельсы, изготовленные по Виньолевскому типу (рельсы, состоящие в поперечном сечении из яблока, узкой шейки и пяты).

Рождение железобетона относят к середине XIX века. В 1850-1855 гг. француз Жан Луи Ламбо построил лодку из армированного цемента, которая считается первым прототипом железобетона. Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле-на-Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций. Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. В 1861 году Вильям Уилкинсон издал книжку с описанием назначения железобетонных изделий и способов их использования.

В 1867 г. француз Жозеф Монье (фр. Joseph Monier, 8 ноября 1823, Saint-Quentin de poterie, Франция — 12 марта 1906, Париж) получил патент на изготовление цветочных кадок из железа и цемента. Жозефу Монье понадобилось изготовить садовую кадку для посадки апельсинового дерева. В качестве материала он воспользовался простым цементным раствором. Но с течением времени в кадке появились трещины. Возникшая проблема была решена простым укреплением сооружения с помощью железных обручей. Однако произведя несколько поливок, началось ржавление поверхности. Для укрепления кадки Монье наложил сверху еще один слой раствора. Это стало рождением первого железобетонного изделия. В 1868 г. Монье построил небольшой железоцементный бассейн. И вскоре Монье стал обладателем патентов на изготовление железобетонных труб и резервуаров.

Монье расширил области применения железобетонных изделий. 1873 год ознаменовался производством моста из железобетона, спустя 5 лет он занялся балками и шпалами. В 1880 году все изобретения относительно нового стройматериала были объединены одним патентом и заявлено их патентование в Германии и Российской Империи.

В 1886 году немецкий инженер Гюстав Вайс (Gustav Adolf Wayss, 1851—1917) купил патент Монье и усовершенствовал принцип железобетона. Его исследования и основание строительной фирмы Wayss & Freytag привели к распространению идей Монье по всему миру.

Различные испытания и исследования материала позволили установить, в чем основной просчет разработки Жозефа Монье. Гюстав Вайс спустил армирование из середины плиты в ее нижнюю часть.

Монье неодобрительно отнесся к модернизации своего изобретения. Но Вайс все-таки доказал французу правильность своего решения. В итоге, идея соединить бетон с железом принадлежит Монье, а метод армирования – Гюставу Вайсу. Впоследствии Вайсом была увеличена длина плит перекрытий до 5 м. В настоящее время она достигла 12 м.

Своды «Монье» получили широкое распространение, в строительной практике России, начиная со второй половины XIX века и до времени индустриализации. При этом их конструкция претерпела значительные изменения.

К началу XX века в общестроительную практику входят лучковые своды из бетона, бутобетона и железобетона, опирающиеся на стальные прокатные двутавровые балки. Здания с подобными перекрытиями появляются как в больших губернских центрах, так и в уездных портовых городах.

В 1903 г. профессор А.Ф. Лолейт на съезде по расширению применения железа в России сделал доклад «Система Монье. Ее применение, промышленное значение и вопросы, связанные с распространением железобетона».

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907:

Система конструкции Монье, теперь весьма распространенная в архитектуре и инженерном деле и состоящая из соединения цемента с железом. Удачные результаты соединения двух превосходных строительных материалов, как железо и цемент, привели к тому, что система Монье получила весьма обширное и разнородное применение. Удобство этой конструкции заключается в том, что железо, заделанное в цементе, крепко к нему пристает и не ржавеет. Притом коэффициент расширения бетона из портландского цемента (0,0000137 до 0,0000148) приблизительно одинаков с коэффициентом расширения железной проволоки (0,0000145), так что изменения температуры не влияют на сцепление обоих материалов. Так как железо превосходно сопротивляется растяжению, а бетон обладает значительным сопротивлением сжатию, то, например, в работающей на изгиб балке, одни волокна которой испытывают растягивающие напряжения, а другие сжимающие, на каждый из этих двух материалов приходится тот род усилий, которым он лучше сопротивляется. Конструкция эта составляется из железных стержней и полос определенного сечения и длины в зависимости от действующих усилий и окружающего их цементного слоя. Потолки этой системы состоят из прямых или изогнутых плоских или сводчатых плит, опирающихся непосредственно на стены и поддерживающих собственный вес и приходящуюся на них нагрузку. При этом железные полосы сопротивляются вытягивающим и сжимающим усилиям, а окружающая их цементная оболочка препятствует боковому прогибу полос, соединяя их в одну систему, где ни одна часть не может ни передвинуться, ни изогнуться независимо от другой. Эта система в настоящее время применяется к устройству полов, потолков и сводов в гражданских зданиях, а также для возведения стен и отдельных подпор взамен каменной кладки при устройстве водопропускных труб и мостов под обыкновенными и железными дорогами, не исключая городских монументальных мостов (мост через реку Канзас в гор. Топека, длиной 211,3 м, из 5 пролетов в 29,7—33,5—38,1—33,5 и 29,7 метров).

В Челябинске сохранилось полтора-два десятка старинных зданий, где были применены своды Монье в перекрытиях. Также много аналогичных зданий в других городах Челябинской области. Гораздо реже встречаются примеры использования сводов Монье при устройстве балконов. В Челябинске сохранился единственный старинный дом с подобным балконом.

После революции использование сводов Монье становится редкостью. Однако в конце 1920-х – начале 1930-х годов при возведении жилых домов вновь вспомнили о сводах Монье. В Златоусте, Магнитогорске и Челябинске было возведено несколько домов с балконами, в конструкции которых была применена система Монье.

Читайте также: