Какую нагрузку выдерживает пустотная плита перекрытия — расчет на конструкцию размером 6 метров

Виды и особенности пустотных плит

Многопустотные ЖБИ для горизонтальных ограждающих и несущих конструкций по технологии производства бывают такого типа:

• ПК – характеризуется применением опалубочного метода формования, при котором заливка бетона осуществляется в специальные формы, имеющие стандартные размеры.
• ПБ – применяется методика непрерывного безопалубочного формования, при котором получается плита-полуфабрикат большой длины, разрезаемая на элементы заданных габаритов после того, как бетон наберет необходимую прочность.

По толщине ЖБИ подразделяются на такие разновидности:

• Стандартные — ПК и ПБ с толщиной 220 мм.
• Облегченные ПНО (производство осуществляется по опалубочной технологии), 1,6ПБ и 3,1ПБ (производятся по современному безопалубочному методу) с толщиной 160 мм.

Друг от друга плиты ПК и ПБ отличаются такими аспектами:

• Внутреннее армирование – благодаря конструкции армирующего каркаса в изготовленных безопалубочным методом изделиях оказывает возможным резание их под углом от 0 до 180°. Однако лучше всего, если данная процедура будет осуществляться в заводских условиях. Противопоказано разрезание ПК, так как это может стать причиной нарушения несущей способности плиты.
• Конфигурация продольных технологических отверстий – выполненные по опалубочной технологии изделия характеризуются большими и круглыми пустотами, что делает возможным прокладку инженерных коммуникаций внутри них (например, канализационных стояков).
• Качество поверхности – благодаря новой технологии изготовления плиты ПБ обладают идеальной геометрией и более качественной поверхностью без сколов и наплывов. Кроме того, можно позволяет сэкономить на последующих отделочных работах.

Примеры и формулы подсчета на 1 м2

Предельная и точечная нагрузки рассчитываются по-разному. Кроме того, потребуется пересчет на квадратный метр площади. Рассмотрим, как определить все это на образце ПК 60-15-8 – плиты многопустотной, изготавливаемой по ГОСТу 9561-91, повсеместно используемой при возведении зданий разного назначения. Исходные данные образца:

• масса – 2,850 т;
• габариты: ширина – 1,5 м, длина – 6,0 м.

Предельная

Рассчитывается площадь путем перемножения ширины на длину: 1,5 x 6,0 = 9,0 м2. Затем подсчитывается масса, которую способен выдержать образец: предельно допустимая нагрузка для 1 м² согласно нормативу – 800 кг/м2 (0,8 т/м2), таким образом: 9,0 x 0,8 = 7,2 т.

Чтобы определить, какую дополнительную нагрузку можно возложить на плиту, из допустимого веса вычитается масса самого образца: 7,2 – 2,85 = 4,35 т.

Далее обсчитывается общий вес отделки – полы со стяжкой и утеплителями. Рекомендуемая масса всей конструкции напольного покрытия – до 150 кг/м2 (0,15 т/м2). Тогда нагрузка на квадратный метр площади половой отделки будет: 0,15 x 9,0 = 1,35 т.

Итак, предельная нагрузка (предметы быта и люди) на всю площадь образца составит: 4,35 – 1,35 = 3,0 т. Пересчет на метр площади дает показатель 0,333 т/м2 (333,3 кг/м2).

Точечная

Параметр должен быть высчитан максимально достоверно, поскольку ни одно перекрытие не выдержит долго, к примеру, хрустальную люстру в 200 кг, если точечная нагрузка – не более 180 кг. Точечное расположение (навешивание и установка) массивных объектов рекомендуются вблизи несущих стен, поскольку там усилено армирование плит.

Согласно общим правилам, допустимый показатель вычисляется по формуле «норматив для изделия по ГОСТу (по СП 20.13330.2016) x 2», для образца ПК 60-15-8 это: 0,8 т/м2 x 2 = 1,6 т.

Но на практике высчитывать точечную нагрузку следует с применением коэффициентов надежности. Так, для среднестатистической квартиры в типовой многоэтажке он составляет от 1,0 до 1,2 (в зависимости от года постройки дома). Исходя из исходных данных примера: 0,8 т/м2 x 1,2 = 0,96 т.

Пересчет на 1 м2

По нормативам и данным производителя пустотных ЖБИ существует еще один метод расчета.

Для взятого образца алгоритм подсчета: 2,85 т / 9,0 м2 = 0,317 т/м2. Из веса, допустимого по нормативу, вычитается расчетный: 0,8 т/м2 – 0,317 т/м2 = 0,483 т/м2.

Из полученного общего допустимого показателя нагрузки вычитается масса конструкции полового покрытия (рекомендуемая до 150 кг/м2, что равняется 0,15 т/м2): 0,483 т/м2 – 0,15 т/м2 = 0,333 т/м2. (Как можно видеть – показатель получился ровно тем же, как и в Примере № 1, но расчет оказался более простым.)

Затем вычитаются еще 0,15 т/м2, рассчитанные на бытовые предметы и живые объекты, в итоге остаются 0,183 т/м2, которые можно отвести под установку дополнительных перегородок, дверей и прочего, улучшающего планировку.

Расчет пошагово

В автоматическом режиме выполнить расчет плиты перекрытия для жилого здания поможет онлайн-калькулятор – нужно только ввести геометрические размеры конструкции и марку используемого бетона. Вычисление производится на основании нормативных параметров и нагрузок, которые регламентированы СНиП 2.01.07-85.

Методику самостоятельного определения параметров рассмотрим ниже.

Определение расчетной длины плиты

Основными понятиями при проектировании геометрии монолитной плиты являются проектная и физическая длина. Под понятием «расчетная длина» следует понимать минимальное расстояние между наиболее удаленными стенами. Из этого можно сделать вывод, что физическая длина будет всегда больше проектной.

Монолитная плита перекрытия может быть однопролетной (опираться по длине только на 2 несущие стены) и многопролетной (опираться на 3 и более стеновые конструкции). Опирание на стены может быть выполнено жестко (с защемлением) и шарнирно.

Рисунок 3. Схема жесткого опирания

Рисунок 4. Схема шарнирного опирания

Рисунок 5. Схема многопролетного монолитного перекрытия

Толщину плиты можно рассчитать по соотношению 1:30 к расчетной площади перекрытия. Обычно она составляет не менее 200 мм.

Предварительное определение класса арматуры и марки бетона

Расчет междуэтажного (межэтажного) перекрытия начинается с определения класса арматуры. Это можно выполнить вручную или выбрать из таблицы на рис. 6.

Рисунок 6. Формула и таблица для выбора класса арматуры

Класс арматуры без расчетов подбирается по значению a_R, обозначающему расстояние от центра поперечного сечения прутка до нижнего уровня плиты. С увеличением данного расстояния (его минимальное значение должно быть не меньше диаметра самой арматуры, но и не менее 10 мм) повышается прочность сцепления прутка с бетоном. Также его можно принять по коэффициенту ξ_R, который высчитываетсяпо формуле, приведенной на рис. 6.

При выборе марки бетона нужно учитывать, что этот материал является неоднородным, поэтому его физико-механические свойства (даже при условии изготовления образцов из одного замеса) характеризуются значительным разбросом.

Важно знать, что при расчетах нужно учитывать и марку бетона, и класс арматуры. При этом сопротивление бетона на сжатие не допускается принимать большим, чем сопротивление арматуры – т.е. в сущности, на растяжение будет работать именно армирующий каркас

в сущности, на растяжение будет работать именно армирующий каркас.

Как правило, при сооружении перекрытий в жилых зданиях применяются бетонные смеси марок М250-М350 (В20-В25). Для армирующего каркаса обычно применяется арматура А400 или А500.

Определение нагрузки на плиту

Расчет бетонной плиты перекрытия всегда направлен на определение распределенной нагрузки. Для этого нужно просуммировать собственный вес горизонтальной конструкции и вертикальные нагрузки.

Масса будущей плиты толщиной 200 мм определяется с учетом плотности бетона и, как правило, составляет в пределах 500 кг/м2. Согласно строительным нормам нормативные нагрузки от вышерасположенных строительных конструкций на перекрытие в зданиях жилого типа принимаются равными от 200 до 800 кг/м2 – берем среднее значение в 500 кг/м2. В результате получаем общую распределенную нагрузку 1000 кг/м2.

Основные принципы того, как рассчитать плиту перекрытия, рассмотрены в следующем видео:

Максимальное изгибающее напряжение всегда приходится на центр монолитного перекрытия, которое опирается на стены по контуру. Для расчета изгибающего момента нужно воспользоваться формулой, приведенной на рис. 7.

Рисунок 7. Воздействие изгибающего момента и формула для его расчета

Пример расчета изгибающего момента, воздействующего на монолитную плиту перекрытия при пролете длиной 6 м:

М_мах=(1000×62)/8=4500 кг/м

Подбор сечения арматуры

Для создания армирующего каркаса применяется рифленая арматура. Согласно строительным нормам диаметр прутков выбирается не менее 10 мм для двухрядной и 12 мм для однорядной вязки в зависимости от длины перекрытия. Размер ячеек сетки подбирается 200х200 мм или меньше, но в этом случае увеличится общий вес монолитной конструкции.

Фото 8. Внешний вид армирующего каркаса

При соединении опалубки с каменной стеной армирующий каркас применяется несколько способов, показанных на рис. 9

Рисунок 9. Способы соединения опалубки с каменной стеной

Маркировка плит перекрытия

Все плиты различаются по толщине, количеству и диаметру пустот, а также вариантам опор. Конструкционные особенности подразумевают расположение плиты перекрытия на несущих стенах здания.

Опора может осуществляться:

• по двум торцевым сторонам,
• по трем сторонам (две торцевых и одна боковая),
• по четырем сторонам.

Маркировка плит перекрытия представляет собой набор букв и цифр, в которых указываются все необходимые для строительства данные.

Первые две буквы в маркировке – обозначение непосредственно типа плиты – ПК, ПБ, ПБО.

Наличие дополнительной буквы – это повышение количества плоскостей опоры:

• 2ПКТ – по трем сторонам,
• 2ПКК – по четырем сторонам.

Цифры, указанные после букв, – это размер плиты по длине и ширине. Стандартная высота плиты ПК и ПБ – 22см, ПНО – 16см, однако существуют плиты высотой 18-30см, с увеличением толщины и уменьшением диаметра пустоты возрастает и несущая способность. Реальные размеры несколько отличаются от указанных в маркировке.

Первые две цифры в маркировке указывают длину в дециметрах. Реальный размер – на 20мм меньше. Так цифра 42 обозначает, что реальная длина изделия – 4180мм.

Следующие две цифры указывают ширину в дециметрах, реальный размер – на 10мм меньше. Цифра 12 обозначает, что реальная ширина плиты – 1190мм.

Последняя цифра в маркировке – это допустимая нагрузка в центнерах на квадратный метр. Стандартная нагрузка составляет 800кг. Однако при необходимости можно изготовить плиты, выдерживающие нагрузку до 1250кг – они требуются при строительстве зданий с повышенной нагрузкой на перекрытия.

Буквы в конце маркировки обозначают следующее:

• АтV – при изготовлении плиты использована усиленная арматура (в некоторых случаях указывают конкретный тип арматуры),
• а – в торцах использованы уплотняющие вкладыши,
• т – изделие из тяжелого бетона.

Помимо параметров плиты на боковых поверхностях указывают и другие данные, обычно подразделяемые на три блока: основные и информационные данные, а также данные для монтажа.

Основные данные:

• Марка ЖБИ
• Название и товарный знак предприятия
• Штамп техконтроля

Информационные данные:

• Масса плиты
• Дата изготовления

Монтажные данные:

• Верх конструкции
• Место опоры
• Установочные риски
• Место строповки

Работа с плитами перекрытия допускается только с использованием строительной техники. Категорически запрещается ронять, бросать, а также разгружать и перетягивать плиты волоком, это негативно скажется на их прочности. При хранении ЖБИ всегда используются опоры либо инвентарные прокладки.

Преимущества и слабые стороны плит с полостями

Плиты перекрытия с полостями

Пустотелые плиты популярны благодаря комплексу достоинств:

• небольшому весу. При равных размерах они обладают высокой прочностью и успешно конкурируют с цельными панелями, которые имеют большой вес, соответственно увеличивая воздействие на стены и фундамент строения;
• уменьшенной цене. По сравнению с цельными аналогами, для изготовления пустотелых изделий требуется уменьшенное количество бетонного раствора, что позволяет обеспечить снижение сметной стоимости строительных работ;
• способности поглощать шумы и теплоизолировать помещение. Это достигается за счет конструктивных особенностей, связанных с наличием в бетонном массиве продольных каналов;
• повышенному качеству промышленно изготовленной продукции. Особенности конструкции, размеры и вес не позволяют кустарно изготавливать панели;
• возможности ускоренного монтажа. Установка выполняется намного быстрее, чем сооружение цельной железобетонной конструкции;
• многообразию габаритов. Это позволяет использовать стандартизированную продукцию для строительства сложных перекрытий.

К преимуществам изделий также относятся:

• возможность использования внутреннего пространства для прокладки различных инженерных сетей;
• повышенный запас прочности продукции, выпущенной на специализированных предприятиях;
• стойкость к вибрационному воздействию, перепадам температур и повышенной влажности;
• возможность использования в районах с повышенной до 9 баллов сейсмической активностью;
• ровная поверхность, благодаря которой уменьшается трудоемкость отделочных мероприятий.

Пустотные плиты перекрытия

Имеются также и недостатки:

потребность в использовании грузоподъемного оборудования для выполнения работ по их установке. Это повышает общий объем затрат, а также требует наличия свободной площадки для установки подъемного крана;
необходимость выполнения прочностных расчетов

Важно правильно рассчитать значения статической и динамической нагрузки. Массивные бетонные покрытия не стоит устанавливать на стены старых зданий.

Для установки перекрытия необходимо сформировать армопояс по верхнему уровню стен.

Расчет нагрузки на плиту перекрытия

Расчетным путем несложно определить, какую нагрузку выдерживают плиты перекрытия. Для этого необходимо:

• начертить пространственную схему здания;
• рассчитать вес, действующий на несущую основу;
• вычислить нагрузки, разделив общее усилие на количество плит.

Рассмотрим методику расчета на примере панели с обозначением ПК 60.15-8, которая весит 2,85 т:

1. Рассчитаем несущую площадь – 6х15=9 м2.
2. Вычислим нагрузку на единицу площади – 2,85:9=0,316 т.
3. Отнимем от нормативного значения собственный вес 0,8-0,316=0,484 т.
4. Вычислим вес мебели, стяжки, полов и перегородок на единицу площади – 0,3 т.
5. Сопоставимый результат с расчетным значением 0,484-0,3=0,184 т.

Многопустотная плита перекрытия ПК 60.15-8

Полученная разница, равная 184 кг, подтверждает наличие запаса прочности.

Плита перекрытия – нагрузка на м2

Методика расчета позволяет определить нагрузочную способность изделия.

Рассмотрим алгоритм вычисления на примере панели ПК 23.15-8 весом 1,18 т:

1. Рассчитаем площадь, умножив длину на ширину – 2,3х1,5=3,45 м2.
2. Определим максимальную загрузочную способность – 3,45х0,8=2,76т.
3. Отнимем массу изделия – 2,76-1,18=1,58 т.
4. Рассчитаем вес покрытия и стяжки, который составит, например, 0,2 т на 1 м2.
5. Вычислим нагрузку на поверхность от веса пола – 3,45х0,2=0,69 т.
6. Определим запас прочности – 1,58-0,69=0,89 т.

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.

Маркировка железобетонных изделий

Нарезанные плиты перекрытия обладают такой же стойкостью к нагрузкам как и обычные.

Что означают эти 333 кг? Поскольку вес самой плиты и напольных покрытий уже вычтен, 333 кг на 1 кв.м – это та полезная нагрузка, которую можно на ней разместить. Согласно СНиП от 1962 года, не менее 150 кг/кв. м из этих 333 кг/кв.м должно быть отведено под будущие привнесенные нагрузки: статическую (мебель и бытовые приборы), и динамическую (люди, их питомцы).

Оставшиеся 183 кг/кв.м могут быть использованы для установки перегородок или каких-либо декоративных элементов. Если вес перегородок превышает рассчитанное значение, следует выбрать более легкое напольное покрытие.

Сначала о нагрузках. По таблице 3.3 СНиП * временная нагрузка на перекрытие считается равной 150 кг/м². То есть на каждом квадратном метре перекрытия можно будет разместить 150 кг дополнительного веса сверх постоянных нагрузок. К постоянным нагрузкам относят вес самого перекрытия с напольными конструкциями и вес межкомнатных перегородок. Мебель, санитарно-техническое оборудование и вес людей относят к временным нагрузкам.

Какую величину нагрузки выбрать для устройства деревянного перекрытия? Проще всего провести аналогию с чем-то хорошо знакомым. Например, в наших квартирах используются железобетонные перекрытия с несущей способностью от 400 до 800 кг/м². В последнее время применяются в основном плиты перекрытия с несущей способностью 800 кг/м². Стоит ли принимать к расчету деревянного перекрытия такую нагрузку? Наверное, нет. Как показывает практика, нагрузка на перекрытие чаще всего, не превышает 350–400 кг/м². Однако это не исключает того, что вы, проектируя перекрытие под свои конкретные нужды, примите другую величину нагрузки. В любом случае, все возможные нагрузки лучше учесть заранее и спроектировать перекрытие с небольшим (не более 40%) запасом прочности, чем потом, при возникшей необходимости, заниматься его упрочнением.

Для подбора сечений балок перекрытия, нагрузку исчисляемую в килограммах на квадратный метр нужно перевести в нагрузку, на погонный метр длины балки. Мы легко можем представить себе, например, квадратный лист железа со сторонами длинной в 1 м. Если мы надавим на этот лист весом в 400 кг и подложим под его середину деревянную балку, то на один метр длинны этой балки будет давить сила 400 кг. Это очевидно. А если мы подложим под лист две балки и распределим их под серединами половин листа, то на метр длины балок будет давить вес по 200 кг. Это тоже очевидно. Положив под лист три балки и равномерно раздвинув их, получим нагрузку на каждую балку уже по 133 кг. Таким образом, изменяя количество балок расположенных под одним квадратным метром, мы можем изменять давящую на них нагрузку и тем самым уменьшать сечение балок. Либо наоборот, разместить под двумя (тремя, четырьмя и т.д.) квадратными метрами одну балку и увеличить ее сечение.

Балки перекрытия рассчитываются не только по несущей способности, но еще и на прогиб. Жить в доме, в котором над головой прогнулось перекрытие, будь оно хоть трижды прочным – неприятно. Нормативная величина прогиба балки не должна превышать 1/250 ее длины.

Несущая способность древесины известна, сечения и длины балок то же не составляют тайны – их тысячи раз просчитывали до нас. Поэтому для определения сечения балок при известном пролете (длине от опоры до опоры) можно применить график изображенный на рисунке 37. При использовании графика нужно задать нагрузку и ширину балки и по ним определить ее высоту, для данного пролета балки. Либо зная длину пролета балки и размеры ее сечения, определить какую нагрузку она может выдержать. Изменяя шаг установки балок добиться требуемой величине нагрузки.

Рис. 37. График для определения сечений деревянных балок

График предназначен для расчета однопролетных балок, т. е. балок лежащих на двух опорах. Также можно использовать калькулятор для расчета деревянных балок. Если будут применены двухпролетные балки (на трех опорах) или балки нестандартной длины, то можно попробовать

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.

Марки пустотных плит

Железобетонные изделия, отливаемые в условиях завода, подлежат маркировке. Она является закодированной информацией. Плиты обозначаются двумя заглавными буквами ПК. Эта аббревиатура стоит рядом с числом, которое обозначает длину изделия в дециметрах. Далее идут цифры, обозначающие ширину. Последний показатель говорит о том, какой вес в килограммах выдерживает 1 дм2 с учётом собственной массы.

Например, железобетонная пустотная плита ПК 12-10-8 представляет собой изделие с длиной в 12 дм, что составляет 1,18 м. Ширина такой плиты равна 0,99 м (примерно 10 дм). Максимальная нагрузка на 1 дм2 составляет 8 кг, что равно 800 кг на квадратный метр. Вообще, это значение одинаково практически для всех пустотных плит. В качестве исключения выступают изделия, которые способны выдерживать до 1250 кг на квадратный метр. Такие плиты вы сможете узнать по маркировке, на конце которой стоят цифры 10 или 12,5.