Сбор нагрузок на фундамент. как рассчитать, примеры

Как рассчитать предельные нагрузки?

Максимальная нагрузка на плиту перекрытия рассчитывается довольно просто – рассмотрим на примере изделия марки ПБ 65-12-8 весом 2,5 т:

• Определяем площадь ЖБИ – 6,5×1,2=7,8 м2.
• Высчитываем нагрузку от массы самого изделия на единицу площади – 2,5/7,8=0,321 т/м2 (321 кг/м2).
• От предельно допустимой отнимаем нагрузку от веса самой плиты – 0,8-0,321=0,479 т/м2 (479 кг/м2).
• Вычисляем нагрузку от всех строительных конструкций, отделки, стяжки пола и т.д. – для жилых домов принимаем величину с небольшим запасом равную 300 кг/м2.
• От расчетного значения отнимаем принятую величину – 479-300=179 кг/м2.

Расчет пустотной плиты перекрытия ПБ 65-12-8 показал, что ее запас прочности составляет 179 кг/м2 и данное изделие может быть использовано в конкретном случае.

Сегодня в сети можно найти калькулятор расчета нагрузки на плиту перекрытия. Но учитывайте, что он просто поможет вам в автоматическом режиме вычислить запас прочности – т.е. в любом случае нужно ввести вид используемого железобетонного изделия и вес расположенных на нем конструкций, материалов, мебели и предметов.

Точечная нагрузка: точный расчет

Строительные нормы и правила СНиП регламентируют, что максимальная статическая нагрузка на плиту перекрытия, сосредоточенная в одной точке, определяет с учетом коэффициента запаса 1,3. Т.е. при использовании изделия с несущей способность 800 кг/м2 предельное значение будет составлять 800×1,3=1040 кг/м2.

Рисунок 7. Воздействие точечной нагрузки на несущие горизонтальные конструкции

Если в одной точке прилагаются динамические (временные) нагрузки, для расчета максимального значения  применяется коэффициент запаса 1,5 – 800×1,5= 1200 кг/м2.

В следующем видео показан процесс испытаний плиты нагрузкой до момента разрушения:

Нагрузки при ремонтах старых квартир

В этом случае произвести необходимые расчеты гораздо сложнее, так как эксплуатирующиеся плиты уже подверглись физическому износу. Чтобы разместить в старом здании тяжелую мебель, оборудование и другие предметы, изначально необходимо определить, какую нагрузку перекрытие способно выдержать по факту.

При определении допустимых нагрузок нужно учесть множество факторов:

• нагрузочную способность старых стен;
• фактическое состояние горизонтальной несущей конструкции;
• состояние армирующего каркаса плиты перекрытия.

Самостоятельно выполнить оценку всех вышеописанных параметров без профессиональных навыков и специализированного оборудования не получится, поэтому оптимальным решением в данной ситуации будет обратиться за помощью к квалифицированным специалистам.

Различные виды нагрузок

Всякое перекрытие состоит из трех частей:

• верхняя часть, куда входят напольное покрытие, стяжки и утепление, если сверху расположен жилой этаж;
• нижняя часть, состоящая из отделки потолка и подвесных элементов, если снизу тоже жилое помещение;
• конструкционная часть, которая все это держит в воздухе.

Плиты перекрытия весят очень много, поэтому их нужно устанавливать только с помощью крана.

Плита перекрытия является конструкционной частью. Верхняя и нижняя часть, то есть отделка пола и потолка создает нагрузку, которую называют постоянной статической. К этой нагрузке относятся все подвешенные к перекрытию элементы – подвесные потолки, люстры, боксерские груши, качели. Сюда же относится то, что встанет на перекрытии – перегородки, колонны, ванны и джакузи.

Есть еще так называемая динамическая нагрузка, то есть нагрузка от перемещающихся по перекрытию объектов. Это не только люди, но и их питомцы, ведь сегодня некоторые люди обзаводятся экзотическими домашними любимцами, например, хряками, рысями или даже оленями. Поэтому вопрос о динамической нагрузке важен как никогда.

Помимо этого, нагрузки бывают распределенные и точечные. Например, если к перекрытию подвесить боксерскую грушу в 200 кг, то это будет точечная нагрузка. А если смонтировать подвесной потолок, каркас которого через каждые 50 см крепится подвесами к перекрытию, то это уже распределенная нагрузка.

При расчете точечной и распределенной нагрузки встречаются и более сложные случаи. К примеру, при установке ванны емкостью 500 л нужно учитывать не только распределенную нагрузку, которую создаст вес наполненной ванны на всю площадь опоры (то есть площадь между ножками ванны), но и точечную нагрузку, которую создаст каждая ножка на перекрытие.

Е.2 Предельные прогибы

Е.2.1 Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций

Вертикальные предельные прогибы элементов конструкций и нагрузки, от которых следует определять прогибы, приведены в таблице Е.1. Требования к зазорам между смежными элементами приведены в Е.1.6 приложения Е.1.

Е.2.2 Предельные прогибы (физиологические)

Предельные прогибы элементов перекрытий (балок, ригелей, плит), лестниц, балконов, лоджий, помещений жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений производственных зданий исходя из физиологических требований следует определять по формуле

где g — ускорение свободного падения;

р — нормативное значение нагрузки от людей, возбуждающих колебания, принимаемое по таблице Е.2;

р1 — пониженное нормативное значение нагрузки на перекрытия, принимаемое по таблице Е.2;

q — нормативное значение нагрузки от веса рассчитываемого элемента и опирающихся на него конструкций;

п — частота приложения нагрузки при ходьбе человека, принимаемая по таблице Е.2;

b — коэффициент, принимаемый по таблице Е.2.

Прогибы следует определять от суммы нагрузок j1p + р1 + q, где j1 — коэффициент, определяемый по формуле (8.1).

Е.2.3 Горизонтальные предельные прогибы колонн и тормозных конструкций от крановых нагрузок

Е.2.3.1 Горизонтальные предельные прогибы колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами, крановых эстакад, а также балок крановых путей и тормозных конструкций (балок или ферм) следует принимать по таблице Е.3, но не менее 6 мм.

Прогибы следует проверять на отметке головки крановых рельсов от сил торможения тележки одного крана, направленных поперек кранового пути, без учета крена фундаментов.

Е.2.3.2 Горизонтальные предельные сближения крановых путей открытых эстакад от горизонтальных и внецентренно приложенных вертикальных нагрузок от одного крана (без учета крена фундаментов), ограничиваемые исходя из технологических требований, следует принимать равными 20 мм.

Е.2.4 Горизонтальные предельные перемещения и прогибы зданий, отдельных элементов конструкций и опор конвейерных галерей от ветровой нагрузки, крена фундаментов и температурных климатических воздействий

Е.2.4.1 Горизонтальные предельные перемещения зданий, ограничиваемые исходя из конструктивных требований (обеспечение целостности заполнения каркаса стенами, перегородками, оконными и дверными элементами), приведены в таблице Е.4. Указания по определению перемещений приведены в Е.1.9 приложения Е.

Горизонтальные перемещения зданий следует определять с учетом крена (неравномерных осадок) фундаментов. При этом нагрузки от веса оборудования, мебели, людей, складируемых материалов и изделий следует учитывать только при сплошном равномерном загружении всех перекрытий многоэтажных зданий этими нагрузками (с учетом их снижения в зависимости от числа этажей), за исключением случаев, при которых по условиям нормальной эксплуатации предусматривается иное загружение.

Для зданий высотой до 40 м (и опор конвейерных галерей любой высоты), расположенных в ветровых районах I-IV, крен фундаментов, вызываемый ветровой нагрузкой, допускается не учитывать.

Нормы настоящего раздела устанавливают предельные прогибы и перемещения несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений при расчете по второй группе предельных состояний независимо от применяемых строительных материалов.

Нормы не распространяются на сооружения гидротехнические, транспорта, атомных электростанций, а также опор воздушных линий электропередачи, открытых распределительных устройств и антенных сооружений связи.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

10.1. При расчете строительных конструкций по прогибам (выгибам) и перемещениям должно быть выполнено условие

(25)

где f — прогиб (выгиб) и перемещение элемента конструкции (или конструкции в целом), определяемые с учетом факторов, влияющих на их значения, в соответствии с пп. 1-3 рекомендуемого приложения 6;

fu — предельный прогиб (выгиб) и перемещение, устанавливаемые настоящими нормами.

Расчет необходимо производить исходя из следующих требований:

а) технологических (обеспечение условий нормальной эксплуатации технологического и подъемно-транспортного оборудования, контрольно-измерительных приборов и т.д.);

б) конструктивных (обеспечение целостности примыкающих друг к другу элементов конструкций и их стыков, обеспечение заданных уклонов);

в) физиологических (предотвращение вредных воздействий и ощущений дискомфорта при колебаниях);

г) эстетико-психологических (обеспечение благоприятных впечатлений от внешнего вида конструкций, предотвращение ощущения опасности).

Каждое из указанных требований должно быть выполнено при расчете независимо от других.

Ограничения колебаний конструкций следует устанавливать в соответствии с нормативными документами п. 4 рекомендуемого приложения 6.

10.2. Расчетные ситуации, для которых следует определять прогибы и перемещения, соответствующие им нагрузки, а также требования, касающиеся строительного подъема, приведены в п. 5 рекомендуемого .

10.3. Предельные прогибы элементов конструкций покрытий и перекрытий, ограничиваемые исходя из технологических, конструктивных и физиологических требований, следует отсчитывать от изогнутой оси, соответствующей состоянию элемента в момент приложения нагрузки, от которой вычисляется прогиб, а ограничиваемые исходя из эстетико-психологических требований — от прямой, соединяющей опоры этих элементов (см. также п. 7 рекомендуемого приложения 6).

10.4. Прогибы элементов конструкций не ограничиваются исходя из эстетико-психологических требований, если не ухудшают внешний вид конструкций (например, мембранные покрытия, наклонные козырьки, конструкции с провисающим или приподнятым нижним поясом) или если элементы конструкций скрыты от обзора. Прогибы не ограничиваются исходя из указанных требований и для конструкций перекрытий и покрытий над помещениями с непродолжительным пребыванием людей (например, трансформаторных подстанций, чердаков).

Примечание. Для всех типов покрытий целостность кровельного ковра следует обеспечивать, как правило, конструктивными мероприятиями (например, использованием компенсаторов, созданием неразрезности элементов покрытия), а не повышением жесткости несущих элементов.

10.5. Коэффициент надежности по нагрузке для всех учитываемых нагрузок и коэффициент динамичности для нагрузок от погрузчиков, электрокаров, мостовых и подвесных кранов следует принимать равными единице.

Коэффициенты надежности по ответственности необходимо принимать в соответствии с обязательным приложением 7.

10.6. Для элементов конструкций зданий и сооружений, предельные прогибы и перемещения которых не оговорены настоящим и другими нормативными документами, вертикальные и горизонтальные прогибы и перемещения от постоянных, длительных и кратковременных нагрузок не должны превышать 1/150 пролета или 1/75 вылета консоли.

Несколько дополнительных сведений

Характеристики железобетонных плит перекрытий

Конечно, если известны все технические параметры перекрытия, ориентировочная масса, которая будет основной нагрузкой, выполнить нужные расчеты достаточно легко. При этом необходимо учесть существование нескольких разновидностей нагрузок.

В первую очередь, это продолжительность нагрузки. Она может существовать в виде:

• постоянной;
• временной.

Постоянную нагрузку создают:

• мебель;
• люди;
• бытовая техника;
• вещи, постоянно расположенные в помещении.

Кроме того, постоянно давит масса несущей конструкции, оказывает влияние горное давление.

Под временными нагрузками понимаются те, которые появляются при строительстве самых разных конструкций.

К особым нагрузкам относится сейсмическое воздействие, возможное изменение свойств грунта.

Кратковременные нагрузки возникают от оборудования, применяемого при строительстве здания, при атмосферном воздействии. Когда делается расчет самой большой нагрузки, необходимо учесть и длительные нагрузки. Они составляют большую группу, к ним можно отнести:

• замерзание воды;
• появление льда;
• возникновение трещин;
• линию жесткости;
• кирпичную стенку:
• цементную стяжку;
• покрытие напольной поверхности;
• массу перегородок;
• массу оборудования для выполнения стационарной работы, это могут быть конвейерные установки, различные аппараты, твердые или жидкообразные тела;
• вес стеллажей, находящихся на складе или в другом помещении;
• массу скопившейся пыли, этот фактор часто игнорируют, однако его необходимо обязательно принимать к сведению, это также лишний вес;
• атмосферные осадки.

Вес строительных конструкций

При расчете нагрузок обязательно учитывается вес следующих конструкций:

• фундамент;
• стены;
• перекрытия;
• лестничные марши;
• перегородки;
• кровля.

Вес стандартных заполнений оконных и дверных проемов при проектировании частного дома можно не учитывать, так как он не превысит вес стен и перегородок.

При расчете необходимо полученное значение умножить на коэффициент надежности ϒϝ.

Фундамент

Поскольку в будущем величина нагрузки будет использована для расчета площади подошвы фундамента, необходимо принимать во внимание и его вес, так как он тоже оказывает давление на грунт. Чтобы определить вес фундамента, нужно просто умножить объем конструкции на объемный вес материала

Чаще всего фундамент выполняется из сборного или монолитного железобетона. Объемный вес материала ленточного или столбчатого фундамента равен 2000-2100 кг/куб. м. Для сплошного (плитного) фундамента эта величина составит уже 2500 кг/куб. м, так как в такой конструкции намного больше стальной арматуры

Чтобы определить вес фундамента, нужно просто умножить объем конструкции на объемный вес материала. Чаще всего фундамент выполняется из сборного или монолитного железобетона. Объемный вес материала ленточного или столбчатого фундамента равен 2000-2100 кг/куб. м. Для сплошного (плитного) фундамента эта величина составит уже 2500 кг/куб. м, так как в такой конструкции намного больше стальной арматуры.

Стены

Стенами называются конструктивные элементы здания, ограждающие или разделяющие его по всей высоте, независимо от количества этажей. На несущие стены опираются перекрытия и кровля. Нагрузка, производимая стенами, зависит от их толщины, высоты и объемного веса материала. Для определения веса стен нужно высчитать объем материала и умножить на его объемный вес (плотность). Кроме основного конструктивного материала нужно учитывать еще и вес утеплителя, а также облицовочных материалов.

Перекрытия

Вес перекрытий можно определить, умножив объем материала на плотность. Если перекрытия из железобетонных пустотных плит, то их вес будет на 30% меньше, чем у монолитного железобетона. Вес перекрытий, выполненных по деревянным балкам, можно определить, зная объем необходимых пиломатериалов и плотность древесины. При расчете нагрузки, создаваемой перекрытием, нужно учитывать и вес напольных покрытий, а также вес теплоизоляции, если перекрытие утепленное.

Лестничные марши

Лестничные площадки и марши опираются на стены и перекрытия. Их вес также нужно учитывать. Чтобы упрощенно определить, какую нагрузку производят лестницы, достаточно перемножить площадь лестницы и высоты подступенка, а потом учесть уклон марша, то есть полученное значение разделить на cos α, где α – угол наклона. Умножив полученное значение на количество этажей здания, можно получить объем материала лестницы. Далее все, как обычно, объем умножается на плотность материала и получается вес. Если и перекрытия, и лестницы выполнены из одинакового материала, например, из железобетона, то можно отдельно не учитывать вес лестниц. При этом, производя расчет фундамента, площадь перекрытий нужно принимать без вычета площади лестниц.

Кровля

Чтобы рассчитать вес кровли, необходимо знать вес материалов, которые применяются при ее изготовлении, включая утеплитель и пароизоляцию. В индивидуальном строительстве обычно применяют скатные кровли выполненные по деревянным стропилам. В качестве покрытия кровли используются асбестоцементные листы (шифер), керамическая черепица, стальные профилированные листы.

Нагрузка на пустотные плиты перекрытия

На практике часто встает вопрос, какую нагрузку способна нести железобетонная пустотная плита перекрытия, не сломается ли она от того или иного напряжения.

В любом случае на нее не должна опираться несущая стена. Капитальные (несущие) стены могут опираться строго либо на фундаментные блоки, либо на такие же стены нижних этажей.

Там где панель нахлестывается на несущую стену, она дополнительно укрепляется – с торцов отверстия пустот заливаются бетоном, а по бокам не рекомендуется делать нахлест более чем на 100 мм, т.е. до 1-ой пустоты.

Нагрузка может быть распределенная или точечная. Для распределенной нагрузки все просто – высчитать площадь плиты в м2, умножить на нагрузку согласно маркировки (как правило это 800 кг/м2) и вычесть собственный вес плиты. Так для ПК 42-12-8 имеем площадь = 5м2. Умножаем на 800 = 4 тн. И вычитаем собственный вес = 1,53 тн. Оставшиеся 2,5 тонны и будут допустимой распределенной нагрузкой. Можно, для примера, залить ее бетонной стяжкой в 20 см.

Для точечных нагрузок привести аналогичный расчет затруднительно, так как несущая способность плиты в случае точечного давления зависит не только от веса тела, но и от точки приложения. Так по краям панели значительно крепче, чем по центру. Обычно рекомендуют не превышать номинальную нагрузку более чем в 2 раза, т.е. до 1,6 тн при отсутствии других воздействий.

На практике чаще приходится рассчитывать комбинированную нагрузку от разных источников, таких как стяжка, мебель, люди, ненесущие перегородки. Тут следует довериться опыту советских НИИ, которые приняли нагрузку «8» типовой, т.е. достаточной для всех «стандартных» случаев использования.

Их расчеты основаны на следующих соображениях:

•  собственный вес = 300 кг/м2
•  стяжка + заливные полы = 150 кг/м2 (примерно 6-7 см.
•  мебель + люди = 200 кг/м2
•  стены/перегородки = 150 кг/м2

Если в вашем случае эти показатели существенно превышаются, возможно, стоит задуматься о приобретении панелей с более высокими показателями несущей способности.

Пустотные плиты перекрытия, благодаря армированию и свойствам бетона, распределяют вес давящего на них предмета на большую поверхность, чем фактическая площадь контакта. Так, например, если у Вас перегородка имеет ширину 100 мм., а вблизи нее других нагрузок нет, то давление это распределится по большей поверхности и не выйдет за пределы, заложенные в расчетах предельных норм.

Так же следует не забывать, что помимо постоянных (статических) нагрузок бывают и переменные (динамические). Например, стоящая на полу гиря будет оказывать значительно меньшее разрушительное воздействие, чем упавшая со шкафа. Поэтому динамических нагрузок на панели следует по возможности избегать.

Расчет железобетонной монолитной плиты перекрытия

Железобетонные монолитные плиты перекрытия, несмотря на то, что имеется достаточно большое количество готовых плит, по-прежнему востребованы. Особенно если это собственный частный дом с неповторимой планировкой, в котором абсолютно все комнаты имеют разные размеры либо процесс строительства ведется без использования подъемных кранов.

Монолитные плиты достаточно востребованы, особенно в строительстве загородных домов с индивидуальным дизайном.

В подобном случае устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия дает возможность значительно сократить затраты денежных средств на приобретение всех необходимых материалов, их доставку либо монтаж. Однако в данном случае большее количество времени может уйти на выполнение подготовительных работ, в числе которых будет и устройство опалубки. Стоит знать, что людей, которые затевают бетонирование перекрытия, отпугивает вовсе не это.

Заказать арматуру, бетон и сделать опалубку на сегодняшний день несложно. Проблема заключается в том, что не каждый человек может определить, какая именно арматура и бетон понадобятся для того, чтобы выполнить подобные работы.

Данный материал не является руководством к действию, а несет чисто информационный характер и содержит исключительно пример расчета. Все тонкости расчетов конструкций из железобетона строго нормированы в СНиП 52-01-2003 “Железобетонные и бетонные конструкции. Основные положения”, а также в своде правил СП 52-1001-2003 “Железобетонные и бетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры”.

Монолитная плита перекрытия представляет собой армированную по всей площади опалубку, которая заливается бетоном.

Касательно всех вопросов, которые могут возникать в процессе расчета железобетонных конструкций, следует обращаться именно к данным документам. В данном материале будет содержаться пример расчета монолитного железобетонного перекрытия согласно тем рекомендациям, которые содержатся в данных правилах и нормах.

Пример расчета железобетонной плиты и любой строительной конструкции в целом будет состоять из нескольких этапов. Их суть – подбор геометрических параметров нормального (поперечного) сечения, класса арматуры и класса бетона, чтобы плита, которая проектируется, не разрушилась под воздействием максимально возможной нагрузки.

Пример расчета будет производиться для сечения, которое перпендикулярно оси х. На местное сжатие, на действие поперечных сил, продавливание, на кручение (предельные состояния 1 группы), на раскрытие трещин и расчет по деформациям (предельные состояния 2 группы) производиться не будут. Заранее стоит предположить, что для обыкновенной плоской плиты перекрытия в жилом частном доме подобных расчетов не требуется. Как правило, так оно и есть на самом деле.

Следует ограничиться лишь расчетом нормального (поперечного) сечения на действия изгибающего момента. Те люди, которым не нужно давать пояснения касательно определения геометрических параметров, выбора расчетных схем, сбор нагрузок и расчетных предпосылок, могут сразу перейти к разделу, в котором содержится пример расчета.

Особенности нагрузок в старых домах

При необходимости делать капитальный ремонт в здании строго образца, рекомендуется предварительно снять все старое половое покрытие и утепление и максимально точно определить его вес. Далее выбирать новые материалы, руководствуясь полученной цифрой старого покрытия, таки образом, чтобы нагрузка не была превышена. В противном случае лучше выбрать покрытие и утеплитель из другого материала с более легкой общей массой (и сделать после изменения проверочный расчет).

Специалисты советуют быть особенно внимательными при размещении в старых домах, современной мебели и сантехники, которая значительно габаритнее и скорее всего больше весит (сауны, джакузи и т.д.). В таком случае лучше всего обратиться к профессионалам, которые грамотно сделают расчеты допустимых нагрузок, как кратковременных, так и статистических. Это связано с тем, что статистические нагрузки имеют свойства накапливаться, и в течение долгого времени могут привести к провисанию плиты. И наоборот, кратковременная нагрузка – это характеристика, которая в основном действует на прочностные показатели плиты.

Прогибы плит перекрытий

Иногда покупатели сталкиваются с ситуацией, когда железобетонные плиты перекрытий имеют разный прогиб, в том числе и в обратную сторону. Следует знать, что согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» прогиб свыше 1/150 части длины изделия не является браком. Так для наиболее проблемной ПБ 90-12 допустимая величина прогиба составляет аж 6 см.

Обратный прогиб чаще всего образуется при отпиле последней плиты перекрытия ПБ на стенде, когда ее длина значительно меньше диапазона длин, для которого стенд изначально готовился. Для более длинных плит дается большее натяжение и т.к. основное армирование идет по нижней поверхности плиты, при отпиле короткой плиты эта избыточная сила сжатия как бы выгибает плиту.

Чтобы избежать данной ситуации покупателям следует внимательно осматривать изделия перед приобретением. Как правило, железобетонную плиту с большим прогибом не сложно заметить в стопке других пустотных плит. Следует признать, что эти случаи все-таки редки и у хороших производителей практически не встречаются.

Ответ на вопрос о допустимом опирании панелей на стены Вы найдете в нашей статье Опирание плит перекрытий.