Крепление металлической балки к кирпичной стене

Узлы опирания несущих металлических балок на кирпичные стены.

● Проект зданий включает в себя процесс конструирования балочных перекрытий, связанный со множеством математических вычислений — расчёт монтажных соединений, компоновка опорных узлов балок, подбор сечений отдельных элементов, которые призваны обеспечивать работоспособность узлов.

● Выбор одного из представленных вариантов должен исходить из величины опорного давления под концом балки — т. е. опорная реакция является основополагающим фактором при выборе решения. Стальные балки перекрытия должны не просто быть уложены на несущие кирпичные стены, а должны опираться через железобетонные или стальные распределительные подушки. В число основных задач этих подушек входят:
— выравнивание давления под концами балок;
— предотвращение местного разрушения кирпичной кладки под опорными участками балок.

● Первые четыре узла (из шести) предполагают шарнирный способ опирания балок непосредственно на кирпичную стену через слой раствора толщиной в 15 мм. Опорное давление передаётся на кирпичную кладку через опорные металлические плиты толщиной 20 мм. Размеры опорных плит выбираются с таким расчётом, чтоб среднее давление под ними — т. е. на площади сжатия — не было больше величины расчётного сопротивления кирпичной кладки на жёстком цементном растворе. Несущая кирпичная стена должна быть выполнена из полнотелого кирпича с хорошими характеристиками по прочности.

• Если величина опорного давления превышает 10 тонн, то необходимая толщина железобетонной распределительной подушки уже должна составлять не менее 100 мм., причём сама подушка должна быть снабжена двумя армирующими сетками. В этом случае опорные узлы металлических балок должны быть обязательно жёсткими и категорически не допускается опирание балки перекрытий сразу на кирпичную стену. Руководством в этом вопросе являются требования СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции.

● Узел опирания №1 шарнирный. Толщина кирпичной стены b=380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,6 т.

● Узел опирания №2 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=0,7-3,0 т.

● Узел опирания №3 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=3,1-5,0 т.

● Узел опирания №4 шарнирный. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=5,1-7,0 т.

● Узел опирания №5 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=10,1-18,0 т.

● Узел опирания №6 жёсткий. Толщина кирпичной стены b>380 мм. Предельное значение опорной реакции R=18,1-20,0 т.

• Во всех узлах все фрикционные соединения элементов выполняются на анкерных болтах класса точности В, с классами прочности 5.8 и 8.8.

• Во всех узлах катеты всех угловых швов следует принимать по наименьшей толщине свариваемых элементов. Минимальны значения указаны в таблице 38 СНиП II-23-81* Стальные конструкции.

Крепление балки к кирпичной стене

Главным показателем прочности, долговечности, безопасности перекрытия на зданиях считается правильно выполненное опирание балки на кирпичную стену. Зачастую во время обустройства перегородки используют стальные балки либо опорные элементы из дерева. Монтаж важно выполнять с соблюдением всех правил. Чтобы конструкция была надежной, используются специальные крепления — стальные анкера.

Узел опирания

При опирании металлических балок перекрытия на кирпичные стены опорного предназначения сначала важно определиться с планом конструктивного обустройства расположения узлов. Подбор методов формирования узлов зависит от показателя давления опоры, образующегося под концом перегородки. Металлическая балка должна опираться на кирпичные стены через металлические либо железобетонные подушки распределения нагрузки.

Шарнирный узел опирания предусматривает обустройство перекладины прямо на основание из кирпича через 15-сантиметровую подушку цементно-песчаной массы. При этом максимальное давление под вмонтированным в стенку концом перегородки распределяется на стеновую основу через стальные опорные плиты, имеющие высоту 2 см.

Когда опорная нагрузка превышает 10 тонн, железобетонные перекрытия обустраивают распределительной подушкой, минимальная толщина которой 10 см. Кроме этого, проводится укрепление перекладины двойной армосеткой. Опирать несущую стальную балку на саму стену из кирпича в подобных условиях запрещено. При таком методе обустройства опорные узлы формируются жесткими.

Пустотные железобетонные плиты имеет смысл использовать, когда возводится многоэтажка.

Правильно выполненное минимальное опирание плиты перекрытия на кирпичную стену обеспечивает прочность, а также долговечность готовой конструкции. При возведении многоэтажного здания между этажами проводится укладка пустотных железобетонных плит. Толщина плиты колеблется в пределах 16—33 мм, длина — 1,5—12 м. В этом случае минимальная длина опирания торцевой части пустотной плиты на основание из кирпича равна 9 см. Для получения более точных данных производится расчет.

Разновидности перегородок

Перекрытие являет собой конструкцию. По предназначению оно бывает:

• междуэтажное;
• чердачное;
• мансардное.

По конструктивным характеристикам различают 2 типа перекрытия:

• Сборное. Его составляют продольные деревянные брусья и поперечные элементы.
• Монолитное. Обустраивается с использованием монолитной плиты.

Если постройка возводится из такого камня, то перекрыть ее целесообразно деревом.

В кирпичном доме целесообразно устройство деревянного перекрытия, состоящее из прочных бревен двутавра или швеллера и досок. Чтобы опирание деревянной балки на кирпичную стену отвечало нормативам, рекомендуется соблюдать стандартные размеры экземпляров:

• высота 15—30 см;
• ширина — 10—25 см.

Чтобы продлить срок эксплуатации деревянных перекрытий, рекомендуется каждый брус по всей длине пропитать антисептиком и олифой.

Перекрытия по металлическим балкам целесообразно использовать для усиления межэтажной горизонтальной конструкции в многоэтажном здании. Монолитное перекрытие представляет собой железобетонную пустотелую плиту с ребристой поверхностью. Состоит такая плита из арматуры и бетона. Размеры таких изделий стандартные, расчет межэтажного перекрытия должен учитывать общий вес конструкции, площадь готовой поверхности, расстояние между перекладинами.

Крепление

Чтобы здание получилось безопасным и крепким, важно определить минимальное опирание плит перекрытия на кирпичную стену. После этого проводится установка и заделка консольных балок в кирпичной кладке. Каждый брус устанавливается в заранее сформированное углубление, глубина которого — 150 мм. Концы рекомендуется стесать под углом в 60 градусов, а затем обработать антисептическим средством и смолой, обернуть гидроизолирующим материалом. Далее брусья укладывают в стену, а получившийся зазор заполняют утеплителем. Оптимальное расстояние между балками — 650—1500 см. В качестве крепежных элементов опытные мастера строители советуют использовать стальные анкера.

Нарушение конструкции и последствия

Даже если сделать монтаж перегородок своими руками, это не гарантирует полного отсутствия дефектов. Чаще всего встречаются такие нарушения при обустройстве стропильных ферм и балок:

• укладка балки на кирпичную стену без обустройства специальной подушки;
• использование перекрытий с имеющимися видимыми дефектами;
• неправильное выполнение соединения перегородки с основой.

Следствием таких нарушений монтажа является снижение несущих способностей опоры. В результате на кладке образуются трещины, а балки под нагрузкой начинают разрушаться. Конструкция становится аварийно опасной, поэтому дальнейшая ее эксплуатация невозможна. Важно помнить, что самостоятельная замена таких параметров, как диаметральный размер и количество брусьев, запрещена.

Как выполняется опирание балки на кирпичную стену?

Важнейшим элементом при строительстве любого дома является перекрытие. Конструкция перекрытия может быть основана на применении балки и плиты, которые, в свою очередь, могут быть деревянными, металлическими, бетонными. Особый интерес представляет специфика установки перекрытий на кирпичную стену, так как строительство именно кирпичных домов очень распространено. Опирание балки на кирпичную стену или, соответственно, опирание плиты на кирпичную стену является важнейшим фактором надежности и безопасности всего перекрытия.

Выбор конструкции опоры зависит от материала, глубины заделки, крепления (анкеровки) в стене.

Основным характерным признаком опирания конструкции на кирпичную стену является возможность достаточно свободного деформирования концов балки при ее прогибе. Безопасность и надежность конструкции могут быть достигнуты только при обеспечении правильной связи балки со стеной, исключающей опасные напряжения в материале даже при воздействии экстремальных температурных режимов. При выборе конструкции опоры в полной мере учитываются материал, глубина заделки, крепление (анкеровка) в стене.

Материал и конструкция перекрытия

Таблица расчета сечения балок перекрытий.

В общем случае перекрытие это несущая строительная конструкция, подразделяемая по назначению: междуэтажная, чердачная, мансардная. Конструктивно перекрытие можно подразделить на два вида: сборное (продольная балка и поперечный настил) и монолитное (плита).

При строительстве частных домов наибольшее применение находят сборные перекрытия с использованием деревянных балок. Такой материал изготавливается из прочных пород лиственной и хвойной древесины. Размер стандартного экземпляра, в зависимости от назначения перекрытия и нагрузок, колеблется в пределах:

• высота 150-300 мм,
• ширина 100-250 мм.

Для увеличения долговечности брус пропитывается антисептиком и промасливается.

Усиленные несущие конструкции иногда выполняются с использованием металлических балок. Для этих целей предлагаются стандартные стальные балки. Нормы безопасности устанавливают, что в случае применения таких балок их концы должны опираться на кирпичную кладку через распределительные подушки.

Монолитные перекрытия изготавливаются из железобетонных плит. Используются заводские плиты, состоящие из арматуры и бетонной массы со стандартными размерами. Для уменьшения веса плиты, как правило, выполнены пустотелыми.

Способы заделки балки

Схема заделки концов деревянных балок в чердачном перекрытии в стену толщиной в 2 кирпича.

Надежность и безопасность перекрытия во многом определяются правильностью заделки балки в стену. Заделка определяет характер опирания на кирпичную стену, и этот этап строительства является важнейшим.

Деревянная балка устанавливается в нишу, сделанную в кирпичной кладке, глубиной до 150 мм. Торцевые концы проходят определенную обработку: торец стесывается под углом порядка 60º, пропитывается антисептиком и смолой, обертывается толем или рубероидом. Обернутые концы укладываются в кирпичную стену с зазором от задней стенки ниши на 30-50 мм. Зазор заполняется теплоизоляцией (минеральная вата, войлок и т. д.). Уложенные концы, как правило, промазывают (заделывают) раствором бетона, битумом или покрывают слоем толя.

Кирпичная стена большой толщины и опирание на нее балки

В случае когда толщина кирпичной стены превышает 600 мм (2,5 кирпича), рекомендуется несколько отличный способ заделки. Гнездо в кирпичной кладке выполняется таким образом, чтобы между торцом балки и задней стенкой ниши оставалось расстояние не менее 100 мм. Общая глубина ниши выбирается с учетом того, что балка должна опираться на стену на длине не менее 150 мм. Оставленный зазор позволяет уложить в него теплоизоляционный материал и обеспечить воздушную прослойку.

Нижняя часть гнезда усиливается при помощи бетонного раствора, битумного слоя и двух слоев толя или рубероида. Таким образом создается подушка для укладки, которая при этом выравнивает поверхность кладки. Ниша в ее верхней и боковых частях покрывается толью.

Опирание балки при уменьшении толщины стены

Схема заделки концов балки в стену толщиной 0,64 м и более.

При выполнении перекрытия на кирпичных стенах толщиной порядка 500 мм (2 кирпича) методику заделки следует изменить. В нишу глубиной до 250 мм, оставленную в кирпичной кладке, устанавливается деревянный ящик (короб) с 2-3 стенками. Между задней стенкой ниши и ящиком укладывается просмоленный войлок. Стенки ящика обрабатываются антисептиком и пропитываются смолой.

Нижняя часть ниши выравнивается двумя слоями толя или рубероида. Боковые стенки гнезда утепляются войлоком. Ящик устанавливается в нишу так, чтобы он прижимал войлок. Брус перекрытия опирается на нижнюю часть ящика на длине не менее 150 мм.

При уменьшенной толщине кирпичной стены следует контролировать толщину стенки, оставшейся после формирования ниши. При толщине стенки менее 50 мм возникает опасность проникновения холода, и, следовательно, необходимо предусмотреть дополнительное утепление в зоне опирания балки на кирпичную стену.

Монтаж и крепление балок

Процесс монтажа балок при изготовлении перекрытий зависит от назначения перекрытия, его площади и нагрузок. Обычно деревянный брус распределяют вдоль несущих кирпичных стен на расстоянии от 600 до 1500 см друг от друга. Заделку балок начинают с крайних и равномерно распределяют по длине стены. Рекомендуется обеспечить зазор между крайней балкой и краем стены не менее 5 см.

Схема укладки перекрытий и последующей фиксации.

Важным элементом монтажа перекрытия является проверка горизонтальности крепления балок и равного уровня расположения всех балок относительно пола. Отклонение горизонтальности или неравномерность уровня вызовет дополнительную нагрузку в зоне опирания на кирпичную стену, особенно после дальнейшей укладки поперечных досок перекрытия.

Увеличить надежность и жесткость опирания на кирпичную стену можно путем использования дополнительных крепежных элементов. Наибольшее применение нашли стальные анкеры. Анкер укрепляется так, чтобы между наружной поверхностью стены и его концом оставалось расстояние не менее 15 мм. Анкер и брус перекрытия скрепляются гвоздями и металлической накладкой размером не менее 6х50 мм.

Монтаж перекрытия

После завершения монтажа и заделки балок производится монтаж поперечного настила перекрытия. Для изготовления настила используются доски толщиной в 25-45 мм, толстая фанера. Установку настила производят поверх слоев теплоизоляции. При изготовлении междуэтажных перекрытий настилается еще и шумоизолирующий слой. Монтаж настила производится поверх брусков (лагов), которые крепятся поперек несущих балок.

При изготовлении перекрытия необходимо использовать стандартный инструмент. Рекомендуется следующий набор инструментов.

Для обработки и крепления деревянных элементов:

Заделка концов деревянных балок раствором с щебенкой.

• ножовка,
• топор,
• молоток,
• болгарка,
• дрель,
• перфоратор (для работ с кирпичом).

Для проведения измерений и замеров:

• рулетка,
• линейка,
• уровень.

Опирание металлической балки на кирпичную стену

Конструкции упрочненных перекрытий могут основываться на использовании несущих металлических балок. При опирании такой конструкции на кирпичную стену необходимо устранить вероятность местного разрушения кирпичной кладки в зоне крепления балки.

Для распределения возникающих значительных нагрузок на возможно большую площадь применяются подушки, которые должны входить в комплект специальных узлов.

Несколько видов стандартных узлов крепления включают шарнирное соединение, закрепляемое на кирпичной кладке цементным раствором. Нагрузка на опорный конец в этом случае передается на кирпич через промежуточные металлические плиты толщиной не менее 20 мм. Размеры такой плиты определяются, исходя из веса балки и прочностных свойств кирпича.

Для больших нагрузок (более 100 кН) в зоне опирания на кирпичную стену должны использоваться специальные железобетонные распределительные подушки толщиной не менее 100 мм. Такая подушка для упрочнения армируется двумя сетками. Непосредственное опирание на кирпичную стену при указанных нагрузках не допускается. Опорные узлы самой балки в этом случае изготавливаются в жестком исполнении.

Подведение итогов

Промерзание перекрытия из-за неправильного опирания плит перекрытия.

Любой вид перекрытия имеет свои преимущества и недостатки. Использование деревянных перекрытий на несущих деревянных балках наиболее дешево. По трудоемкости и степени сложности сборки такие перекрытия вполне доступны большинству людей. Эта доступность обеспечивает наибольшее распространение применения деревянных балок при строительстве частных кирпичных домов. Деревянные перекрытия в таких домах могут использоваться в качестве любого вида как междуэтажного, так и чердачного.

Стандартные способы заделки концов обеспечивают надежное и безопасное опирание на кирпичную стену. Сравнительно небольшой вес конструкции позволяет снизить нагрузку на кирпичную кладку стен и фундамент дома.

К недостатку деревянных конструкций следует отнести легкую воспламеняемость древесины, что требует применения огнезащитных покрытий. Увеличение долговечности перекрытий достигается за счет пропитки смолами и антисептической обработки, но все равно они уступают металлам и железобетонным конструкциям.

При сооружении перекрытий в зданиях, где есть значительные нагрузки на несущие конструкции, возникает необходимость использования металлических и железобетонных балок. Применение подобных конструкций требует повышенных затрат и специального оборудования. В то же время в сложных условиях обойтись без них нельзя. Утяжеленное опирание плиты из бетона на кирпичную стену значительно ограничивает применение монолитных плит в частном строительстве.

Все виды перекрытий хороши для конкретных условий. Правильный выбор конструкции может произвести только специалист с учетом всех воздействующих факторов.

Крепление кронштейнов для балконов анкерными болтами

Часто случается, что нужно пристроить балкон к существующей стене или же возвести его сразу, используя консольные балки из швеллеров для опирания балконной плиты. Это очень распространенное решение, но нужно знать некоторые нюансы, чтобы не наделать ошибок.

Начнем с теории. Есть два основных варианта крепления в строительстве: шарнир и защемление. При шарнире возможен поворот конструкции на опоре, при защемлении любой поворот заблокирован.

И есть одно простейшее правило сопромата: любая консоль (без дополнительных стоек или подкосов) должна иметь защемление на опоре. При шарнире она просто будет проворачиваться, и это приведет к аварийному состоянию конструкции.

Теперь рассмотрим, как это защемление реализовать в натуре, а как крепить кронштейны для балконов категорически запрещено.

Начнем с худшего.

Недопустимое крепление швеллера анкерными болтами к стене

Если вы приварили швеллер к пластине, а эту пластину закрепили к стене четырьмя распорными анкерами (или другим количеством анкеров – не имеет значения), это будет шарнир. Болты испытывают выдергивающее усилие, пластина – гибкая, все это приведет к повороту балки на опоре. Это не мгновенное разрушение конструкции, а растянутое во времени. Поначалу поворот происходит очень медленно и незаметно, но он постоянно увеличивается – и это будет происходить до критического момента, когда самый слабый элемент в конструкции не выдержит и вызовет аварийное состояние. И каким бы надежным и мощным ни был швеллер, если узел его крепление не надежен, вся конструкция считается аварийной.

Недопустимое крепление кронштейна из швеллера к существующей стене

Если вы выбьете в существующей стене нишу (не важно, на всю толщину стены или не на всю), приварите к швеллеру пластину и уложите все это на пластичный раствор, а нишу потом забетонируете (или заполните раствором), то такой вариант тоже является шарниром. Чем меньше глубина заделки в стену, тем больше возможности у швеллера повернуться, и тем быстрее возникнет аварийное состояние. Но даже если заглубить швеллер на всю толщину стены, все равно у него останется возможность поворота, т.к. качественного заполнения раствором не получится при малых размерах ниши, швеллер под нагрузкой будет выкрашивать этот раствор и стремиться выскочить из гнезда. Такой вариант крепления возможен только для балки, опирающейся двумя концами, или для балкона с подкосом или стойкой на конце.

Крепление швеллера к стене – швеллер сверху

В данном варианте швеллер приваривается к пластине, которая крепится анкерными болтами к монолитному поясу (или монолитной подушке). Помимо этого важно заанкерить верхнюю часть швеллера, чтобы препятствовать повороту. Для этого к нему приваривается сверху уголок, который будет заделан в кладку стены, служащей в том числе пригрузом для швеллера. Уголок – это один из вариантов анкеровки. Можно также к верхней полке швеллера приварить металлический элемент, который в свою очередь будет приварен к закладной детали в монолитном поясе или в перекрытии. Главное – создать надежный анкер, препятствующий повороту швеллера.

Следует обратить внимание, что для надежной конструкции балкона нужно не только выполнить расчет швеллера, но и расчет узла его опирания. Рассмотрим это на примере.

Пример. Расчет консольной конструкции балкона в виде швеллерной балки без подкоса и узла опирания швеллера.

Дано: балкон шириной 1,2 м, швеллеры установлены с шагом 1,1 м, толщина балконной монолитной плиты по швеллеру 80 мм, пол – керамическая плитка на растворе (общая толщина 30 мм).

Определить: номер швеллера; запроектировать узел опирания консоли.

Схема расположения нагрузки на швеллер:

Как видно, постоянная нагрузка распределена вдоль всего швеллера, а вот временная (согласно п. 10а таблицы 6 ДБН «Нагрузки и воздействия») распределена по краю балкона на полосе шириной 0,8 м.

Определим максимальный нормативный и расчетный момент для консоли (максимальный момент будет расположен у опоры).

Моменты от постоянной нагрузки равны:

М = qL², где L – расчетный пролет балки (для консоли он равен расстоянию от конца консоли до стены).

Нормативный момент от постоянной нагрузки равен:

Мн,пост = 320∙1,1² = 387 кг∙м.

Расчетный момент от постоянной нагрузки равен:

Мр,пост = 365∙1,1² = 442 кг∙м.

Чтобы определить максимальный нормативный и расчетный моменты для консоли от временной нагрузки (распределенной не по всей балке), воспользуемся справочной таблицей 14.1 (Улицкий «Железобетонные конструкции»)

Для нашего случая а = 0,8 м, х = L, момент нужно определить в точке В.

Нормативный момент от временной нагрузки равен:

Мн,врем = 480∙0,8(1,1 – 0,8/2) = 269 кг∙м.

Расчетный момент от временной нагрузки равен:

Мр,врем = 580∙0,8(1,1 – 0,8/2) = 325 кг∙м.

Суммируем моменты от постоянной и временной нагрузок, получая итоговые моменты для расчета:

Мн = 387 + 269 = 656 кг∙м.

Мр = 442 + 325 = 767 кг∙м.

Определим требуемый момент сопротивления швеллера:

Wтр = Мр/1,12R = 767/(1,12∙21) = 33 см 3 . По сортаменту (например справочник Васильев А.А. Металлические конструкции, приложение III) подбираем швеллер №10 (момент сопротивления W = 34,8 см 3 , момент инерции I = 174 см 4 ).

Проверяем прочность консольной балки из условия: σ = М/1,12W = 767/(1,12∙34,8) = 19,7 кН/см 2 , что меньше R = 21 кН/см 2 — условие обеспечено.

Проверим жесткость консоли (согласно ДСТУ «Прогибы и перемещения» при проверке прогиба для консоли значение L нужно удваивать).

Мн∙L/(10EI) = 656∙2∙120/(10∙21000∙174) = 0,004 = 1/232 2557 кг). Это очень приличный диаметр болтов, крепление только болтами – достаточно расходный способ.

После того, как определена марка болтов, следует проверить ограничения по установке этих болтов.

Согласно таблице «Параметры установки» минимальное расстояние от оси болта М20 до края бетона должно быть с = 140 мм. У нас 50 мм. Это означает, что необходимо сдвигать узел крепления в сторону центра стены, если нам позволяет это сделать ширина стены.

Случай 2. Рассмотрим вариант узла опирания консольной балки с приваркой к швеллеру анкерующего уголка №50 длиной 300 мм, при этом уголок удерживается кирпичной кладкой подоконной части (высота кладки 800 мм, толщина 250 мм). Швеллер закреплен четырьмя болтами HST М8.

В данном случае расчетный момент Мр воспринимается конструкцией узла в двух вариантах: слева показывается восприятие момента болтами, работающими на сжатие и на вырыв под действием пары сил F (эта пара сил представляет собой момент); а справа показано восприятие момента анкерным уголком и болтами (уголок восрпринимает горизонтальную силу, пытающуюся его выдернуть из кладки вместе с балкой, а болты при этом работают на срез, воспринимая горизонтальную силу в противоположном направлении). Наша задача – проверить, какой момент воспринимается конструкциями в каждом из вариантов, затем сложить эти моменты и сравнить их с расчетным моментом Мр, действующим на конструкцию.

Определим момент, воспринимаемый болтами, работающими на вырыв и на сжатие.

У нас имеется четыре анкерных болта М8, на которые действует усилие от момента. Момент М по простой формуле раскладывается на пару сил – две силы F, одна из которых пытается оторвать балку вверх (вырвать два болта), а другая одновременно придавливает балку вниз (сжимает два других болта). Вместе эти две силы и представляют собой искомый момент М₁. Причем, взаимосвязь между силами и моментом передается через расстояние между болтами: М₁ = Fa. То есть, чем больше расстояние между болтами, тем меньше будет в них усилие от момента.

В нашем случае балка заходит в стену на 270 мм, расстояние между болтами 150 мм, расстояние от края стены до болта 70 мм.

Сжимающее усилие нас не интересует, т.к. болты на сжатие работают очень хорошо, а вот вырыв нужно проверить.

Воспользуемся Руководством по анкерному крепежу фирмы Hilti (его можно свободно скачать у них на сайте), определим расчетное сопротивление вырыву для анкер-шпильки М8 HSТ. Это и будет наша сила F = 5 кН = 500 кг.

Найдем момент, который могут выдержать болты М8, с учетом того, что болтов, испытывающих усилие отрыва, два:

М₁ = F∙2a = 500∙2∙0,15 = 150 кг∙м.

Следует также проверить ограничения по установке этих болтов.

Согласно таблице «Параметры установки» минимальное расстояние от оси болта М8 до края бетона должно быть с = 50 мм. У нас 70 мм – есть некоторый запас.

Далее определим момент, который может воспринять конструкция, работающая согласно схеме, показанной на рисунке ниже.

В данном случае у нас действует момент М, но мы его раскладываем на другую пару сил: горизонтально влево действует сила F, стремящаяся вырвать уголок, а горизонтально вправо действует противоположная ей сила, стремящаяся срезать болты. Расстояние между этими силами равно высоте швеллера 100 мм.

Определим, какую силу выдержит уголок, заанкеренный в кладке. Площадь сечения уголка №50х5 равна 4,8 см2; 2100∙4,8 = 10080 кг (здесь 2100 кг/см2 – расчетное сопротивление стали). Это значительное усилие, но у нас есть и более слабые элементы.

Найдем силу F для уголка: F = Mр/a = 767/0,1 = 7670 кг.

Найдем силу F для болтов (с учетом, что их 4): F = Mр/4a = 767/(4∙0,1) = 1918 кг.

Определим, выдержит ли уголок такого сечения действующую на него силу. Площадь сечения уголка №50х5 равна 4,8 см2; 7670/4,8 = 1598 кг/см2 19,18 кН).

Минимальное расстояние от оси болта М12 до края бетона равно с = 55 мм – опорную пластину следует на 5-10 мм сдвинуть от края.

Крепление балок перекрытия к стене

В частном строительстве обычно делают деревянные перекрытия по балкам. Крепление балок — важный технологический этап, от качества которого зависит надежность перекрытий.

1. Способы соединения балки перекрытия со стеной
2. Специальными металлическими крепежными пластинами
3. Болтовое
4. Соединение врезкой
5. Соединение врубкой
6. Правила выбора балок для межэтажных перекрытий
7. Инструмент и приспособления для установки балок перекрытия
8. Технология и тонкости монтажа балок
9. Крепление к стене из газобетона
10. Крепление бруса к бетонной и кирпичной стене
11. Крепление бруса к деревянной стене
12. Крепления бруса в конструкциях крыш
13. Крепление бруса на подвесе

Способы соединения балки перекрытия со стеной

Перед тем как строить, нужно заказать проект дома и все действия выполнять в соответствии с ним. Обычно способ устройства перекрытия описан там. Здесь важно всё — используется ли специальная врубка или крепёж для установки балок, жёстко ли они соединяются со стеной или по плавающей системе. Способ крепления имеет большое значение.

Например, в каркасных домах и домах из СИП-панелей балки являются элементами каркаса и крепятся наглухо. В домах из газобетона, из оцилиндрованного бревна балка обычно крепится так, чтобы она просто лежала на стене и имела возможность продольного люфта. Глухое крепление вызывает вибрации при хождении по потолку второго этажа.

Есть одно различие между балками перекрытия и лагами для пола. Лаги должны лежать свободно, чтобы пол не коробило и не вело. Покрытие пола крепится уже непосредственно к лагам. К примеру, сезонное удлинение балки, даже воздушно-сухой, составляет 2-3 см на 5 м. Естественно, любой пол, приколоченный прямо к такой балке, выгнется. Из-за этого он начнет скрипеть, расходиться. Кроме того, под лаги кладут демпфирующие прокладки, которые гасят вибрацию от шагов.

Специальными металлическими крепежными пластинами

Металлические перфорированные пластины для деревянных конструкций были разработаны в Швеции. Крепление с их помощью деревянных балок достаточно простое, не требует точной подгонки. Кроме того, они способны сгладить изменения геометрии древесины вследствие набухания.

Балка перекрытия крепится в каркасном домостроении поверх продольной балки стенового каркаса. Она кладётся сверху на пролёт и закрепляется при помощи двух перфорированных уголков сбоку. Это позволяет устойчиво закрепить даже балку в виде лафетной доски, достаточно узкой, установленной на ребро. Если же балка — брус, и обеспечивать её устойчивость не так важно, можно крепить её уголками снизу. Брус применять лучше, так как лафетная доска склонна к кручению при высыхании и сезонном увлажнении, и перекрытие будет деформироваться.

Как-то закреплять балки перекрытия к стойкам нежелательно, если это заранее не предусмотрено в конструкции каркаса дома. Лучше чтобы они также никак не касались стоек и не упирались в них, а также в их крепёжные элементы. При монтаже от них нужно отступить.

Болтовое

Достаточно простое крепление балки — при помощи болтов-глухарей. С их помощью ставят только балку-брус, у которой размер поперёк сечения не меньше, чем половина сечения по высоте. Глухарь закручивается через балку в верхнюю часть стены и затягивается при помощи ключа-трещотки. Или же применяется стяжка из шпильки с гайками и шайбами через отверстие. Такое крепление позволит балке работать в качестве ригеля каркаса, в то же время оставаясь подобием шарнира в плоскости перекрытия.

Достаточно часто балки изготавливают из металла, особенно если длина пролёта превышает 3-4 метра. Подбирают крепёж к таким металлическим балкам, исходя из их несущей способности. Обычно используют двутавр и швеллер. В них делают аккуратные отверстия по разметке, под 25 мм болты примерно 28-30 мм. Затем балку ставят на место и закрепляют шпильками или глухарями. К каменным стенам балки никогда не прикручивают, если это не мауэрлат.

Соединение врезкой

Врезка — рубленое соединение балки со стеной, когда торец не выходит за наружную стену. Тем самым обеспечивается защита торца балки от попадания атмосферной влаги. Обычно так делают балки первого этажа рубленых домов и бань. Осуществляется оно по типу соединения «ласточкин хвост». Именуется врубка сковороднем и полусковороднем.

Врезка сковороднем более прочная и подразумевает симметричный ласточкин хвост. Но чаще встречается врезка полусковороднем. С одной стороны ласточкин хвост прямой, и закрепление его в гнезде внешней стены делается при помощи двойного клина. Врезка полусковороднем менее прочная, но проще в выполнении.

Соединение врубкой

Отличается от врезки тем, что врубка проходит на полную толщину стены, балка выходит наружу. Выполняется в лапу, полулапу или в полдерева, иногда — в хлуп или в обло. Используется в том случае, когда балкой надо перекрыть большой пролёт. Оно более прочное, чем врезка. Однако торец балки необходимо защитить от атмосферных воздействий.

Правила выбора балок для межэтажных перекрытий

Балка должна быть изготовлена из сухой древесины. Стоит выбирать ее согласно проекту. При составлении такового производят расчёт на прочность, жёсткость. Балка должна иметь достаточную собственную массу, чтобы хоть как-то гасить звуки и вибрации с верхнего этажа. Как правило, используют балки высотой 200-300 мм при пролётах до 5 метров. Балки укладывают через каждый метр, чтобы исключить прогиб лаг пола верхнего этажа. Обычно полноценная балка — это брус прямоугольного сечения, у которого ширина составляет 2/3-1/2 от высоты. Укладывается он на узкое ребро. Брус в разы надёжнее доски-лафета, уложенной на ребро в качестве балки.

лучший выбор для больших пролётов — металлическая балка. Двутавр обойдётся дешевле, чем мощный клееный брус такой же жёсткости и длины. И у металла не будет проблем с грибком, насекомыми, огнестойкостью. При укладке прокат нужно ставить на подушки и обеспечить хорошую гидро- и теплоизоляцию против конденсата. При желании их можно отделать под дерево.

Инструмент и приспособления для установки балок перекрытия

При работе используется обычный плотницкий инструмент. Когда используют соединение в виде перфорированных пластин или уголков, для их фиксации потребуется шуруповёрт. Для крепления на болты и глухари нужна низкооборотная дрель и ключ с трещоткой или динамометром. Также желательно иметь пилу-торцовку и цепную пилу, чтобы ускорять процесс. Самым желанным инструментом при монтаже балок является подъёмный кран. Особенно для балок из металла. Или хотя бы делают на верху треногу с лебёдкой, чтобы облегчить строительство. Ещё важно иметь на стройке разборные леса, козлы и другие подмости. Пользоваться одной лишь стремянкой невозможно.

Технология и тонкости монтажа балок

При монтаже важно произвести разметку. Для этого удобно пользоваться лазерными линейками, нивелирами. Также очень важно, чтобы балки располагались строго на одном уровне с самого начала. Если этого достичь не удалось, то их состругивают так, чтобы пол в конечном итоге лежал ровно, с перепадами не более 3-4 мм на метр.

Отмечают положение балок на стене, затем производят их подъём. Лучше сразу поднять все балки краном, не производя крепление этих балок перекрытия к стене, используя однократную аренду крана. Это обойдется дешевле, чем поднимать по одной и устанавливать. После этого балки раскладывают, проверяя их положение и уровень. По высоте уровень лучше проверять лазером, так как шнур всё равно провисает при любом натяжении. Делать какие-то подгонки по основанию балок нежелательно, так как это может повлиять на их конструктивную работу в каркасе из-за наличия упора-ступеньки, лучше подгонять верх электрорубанком уже при устройстве полов.

Крепление к стене из газобетона

Деревянные и металлические балки в таких домах установить проще всего. Ряд под балки прогоняется с выверкой по ватерпасу по всей длине. Затем балки устанавливают на стену, оборачивая в два слоя рубероидом и с обрабатывая фунгицидным составом. Это нужно для того, чтобы балка не гнила в месте образования конденсата, ведь каменная стена более теплоёмкая и там будет образовываться роса. После этого промежутки между балками закладывают стеновым материалом, а затем продолжают возведение стены. При монтаже металлических балок на газобетонную стену устраивают подушки из трёх рядов полнотелого кирпича с армированием под нижний ряд и верхний. Балку оборачивают рубероидом или толью.

Крепление бруса к бетонной и кирпичной стене

Главное правило при таком креплении к холодной стене или двутавровой балке — обеспечение гидрозащиту балки от конденсата. Это позволит избежать гниения древесины и её деформации при набухании.

Крепление бруса к деревянной стене

В случае рубленых стен оптимально крепить балку врезкой полусковороднем. В случае устройства каркасных стен — с опорой на продольный брус стены сверху. Требуется проверочный расчёт, допустимо ли устанавливать в стену новую балку, которая не была запланирована ранее. Крепление балки к деревянной колонне достаточно сложное. Необходимо прикрутить глухарями или шпильками на колонну бобышки, которые гарантированно выдерживали бы вес балки, и опереть балку на них. Опять же необходим расчёт.

Крепления бруса в конструкциях крыш

Стропильная система — отдельная сложная тема, которая хорошо знакома кровельщикам. Частного застройщика лучше пригласить специалистов, а не выполнять работу самому. Самостоятельно можно закрепить только мауэрлат — верхнюю часть, к которой крепятся стропила. Это брус, идущий вдоль всей стены – кирпичной или деревянной. Он должен крепиться к ней с помощью болтов и специальных дюбелей или же с помощью скоб к деревянным стенам.

Крепление бруса на подвесе

Всевозможные способы, когда брус опирается на металлический крепёж, прикрученный к стене, не выдерживают критики. Во-первых, брус, который с их помощью можно закрепить, явно не подходит по размеру для балок перекрытия, а только в качестве насеста в курятник. Во-вторых, само по себе такое крепление крайне непрочное по сравнению с врубками или опиранием.

Способ крепления бруса в каждом конкретном случае нужно выбирать ответственно, четко понимая какую нагрузку он будет нести и какие технологии применимы.

Способы крепления балок перекрытия

Перекрытия в частных малоэтажных домах чаще всего делают деревянными по балкам, используя лафетные доски, брус, металлический швеллер или железобетонные опоры. Это самый доступный способ, позволяющий обойтись без грузоподъемной техники и выполнить работу в более сжатые сроки, чем при устройстве монолитных плит. Определенные трудности и вопросы может вызвать такой этап монтажа, как крепление балок перекрытия к стене, особенно если на них будет опираться стропильная система крыши. Есть несколько способов решения этой задачи.

Система балок и стропил

Способы крепления к стенам

Все монтажные узлы всегда описываются в проектной документации на дом, в том числе и крепление стропил к балкам перекрытия, и самих балок к стенам. Но не все строятся по проекту, особенно если речь идет о надворных постройках – гараже, гостевом домике, бане. В этих случаях оптимальный способ монтажа приходится выбирать самостоятельно.

При этом учитывается расположение и функции перекрытия, конструкция стен здания. Например, если это перекрытие между жилыми этажами или первым этажом и мансардой, то крепление не должно быть жестким, иначе любое движение на верхнем ярусе будет передаваться на нижний из-за вибрации. Балку фиксируют так, чтобы у неё сохранялась возможность продольного люфта.

Однако это не касается каркасных построек, в которых сама балка является важным элементом несущего каркаса и крепится жестко.

Верхняя обвязка каркасной постройки

Всего различают несколько видов крепления балок: опорное, врезка, врубка, подвесное.

Опорное крепление

Этот способ применяют чаще всего. Он самый простой, но при этом надежный, так как балка ложится на стену и полностью опирается на неё. На деревянных и каркасных стенах балку закрепляют с помощью специальных стальных уголков, болтов-глухарей, шкантов или шпилек. В стенах из кирпича или строительных блоков в процессе кладки устраивают ниши.

• Крепление уголками.

С помощью перфорированных стальных уголков осуществляют крепление балок перекрытия к мауэрлату, установленному на каменные стены, к стенам из бревна или бруса, а также к верхней продольной балке каркасника. Она укладывается сверху и закрепляется уголками по бокам, если это установленная на ребро лафетная доска. Брус можно закрепить и сбоку, и снизу.

Крепление балки из бруса к мауэрлату

При монтаже перекрытий на каркас балки смещают так, чтобы они не лежали на опорных стойках. Это допустимо только при наличии проекта, подразумевающего такое расположение балок, и расчета по нагрузкам.

• Крепление болтами и шпильками.

Таким крепежом можно зафиксировать только балку-брус либо двутавровую балку. После разметки и раскладки по месту в брусе просверливают сквозное отверстие, уходящее в верхнюю часть стены. При необходимости скрытого крепления под головку болта или гайку делают углубление большего диаметра. Винтовой крепеж вставляют в отверстие и затягивают ключом-трещоткой. В металлических двутаврах отверстия высверливают с обеих сторон опорной плоскости.

После установки и фиксации балок можно продолжать возведение стен второго этажа, вырезая в бревнах первого ряда по разметке пазы на высоту бруса. Либо укладывая этот ряд отрезками бревен, длина которых равна шагу между балками. Если выпустить их за пределы наружных стен в верхнем перекрытии, возможно крепление стропил к балкам, которые будут одновременно выполнять функцию нижних затяжек стропильных ферм.

Вариант монтажа стропил на балки перекрытия

• Крепление на блочные и кирпичные стены.

При кладке стен из полнотелого кирпича и бетонных блоков тот ряд, на который будут устанавливаться перекрытия, прогоняют с особенным тщанием, выверяя по уровню. Затем производят разметку и укладывают деревянные балки, предварительно обработав их торцы консервирующей фунгицидной пропиткой и обернув двумя слоями рубероида. Такая защита необходима на стыке материалов с разной теплоемкостью, чтобы дерево не мокло и не гнило в точке выпадения конденсата.

Дополнительное крепление балки к стене не требуется, она надежно фиксируется стеновыми блоками, которые выкладываются в промежутках между ними, и верхними рядами.

Если стены из газобетона и других ячеистых блоков недостаточной прочности, то под балки по всему периметру заливают бетонную армированную ленту (армопояс) либо выкладывают 3 ряда полнотелым кирпичом с армированием сверху и снизу.

Гидрозащита деревянной балки при монтаже на «холодные» стены обязательна

Врезка

Этот способ соединения применяется только к деревянным конструкциям когда нужно, чтобы торец балки не выходил за пределы наружных стен и был надежно защищен от атмосферных явлений. Таких, как дождь, снег, солнечные лучи, вызывающих гниение и рассыхание древесины.

Этот тип соединения называют «ласточкин хвост» или «сковородень». На торцах балки вырезают шип в виде симметричной трапеции, по форме напоминающей ласточкин хвост, а в верхнем венце стены или поперечной стыковочной балке делают такой же паз.

Врезка в сковородень

Более простое в исполнении крепление деревянных балок – врезка полусковороднем, представляющем собой усеченный «ласточкин хвост» с одним прямым и одним скошенным краем. Гнездо делают чуть больше и закрепляют в нем шип забиванием клина. Этот вариант менее прочен и надежен, но вполне подходит для перекрытия под чердаком или малонагруженной мансардой.

Врубка

От врезки врубка отличается тем, что балка опирается на всю толщину стены и торцом выходит наружу. За счет большей площади опирания она выдерживает более серьезные нагрузки и применяется при перекрытии длинных пролетов. Осуществляется врубка разными способами:

• в полдерева;
• в лапу;
• в полулапу;
• в обло.

Врубленные в стену балки из кругляка

При таком соединении также возможна установка стропил на балки перекрытия, если их торцы выступают за границы стен на достаточную длину.

Подвесное крепление

В последнее время становится популярным способ подвешивания балок между стенами с опорой торцов на особый металлический крепеж с перфорацией для болтов и саморезов. Он прикручивается и к стене, и к балке и бывает разных видов. В продаже встречается под названием «опора для бруса».

Такой крепеж балок перекрытия к стене нельзя считать надежным и прочным, но его допускается использовать:

• при небольшой длине пролетов;
• при частом шаге установки балок;
• при незначительной нагрузке на перекрытия сверху.

Опоры для бруса лучше использовать в качестве дополнительной поддержки при врезке и врубке

Крепление к колоннам

Колонны устанавливают при большой длине пролетов, чтобы разгрузить балки и исключить их провисание. На колонны их крепят опорным или подвесным способом. Но часто площадь опоры бывает недостаточной для укладки и стыковки двух балок, и его необходимо увеличить.

• На деревянный столб глухарями по бокам прикручивают накладки-бобышки достаточного сечения.
• На металлический приваривают сверху опорную площадку из толстой листовой стали.

Колонна из профильной трубы с опорной площадкой

Соединение балок со стропилами

Крепление стропил к балкам перекрытия двухскатной крыши можно выполнить двумя способами:

• сначала установить и закрепить на стенах балки, а затем зафиксировать на них стропила;
• установить на стены готовые стропильные фермы, в которых нижняя затяжка будет выполнять функцию балки будущего перекрытия.

При сборке стропильной системы на крыше обычно используют врезку, а фермы на земле собирают на металлических уголках и пластинах. Такие фермы можно устанавливать и крепить к уже смонтированным балкам, соединяя с ними нижние затяжки по всей длине.

Висячие стропила (без наслона их верхней части на коньковый брус, установленный на опоры), не допускается крепить к балкам, опирающимся на кирпичную или блочную кладку. Они создают точечные распирающие усилия, способные разрушить кладку. Этот вариант годится только для перекрытий, опирающихся на рубленные деревянные стены или мауэрлат.

Отличия висячих и наслонных стропил

Как крепить стропила к балкам, выбирают исходя из собственных возможностей и способностей, учитывая необходимую степень надежности крепления и объем крыши. Один из самых надежных способов – врезка, когда на концах балок вырезают пазы и вставляют в них стропила. Форма пазов бывает разной, срез опорной части стропил должен им соответствовать. Дополнительно детали скрепляют болтами или саморезами.

Способы соединения балок и стропил

Более простой способ заключается в том, что нижний конец стропильной ноги подрезается под таким углом, чтобы она встала на балку, а затем её фиксируют накладками из досок либо используют стальной перфорированный крепеж для балок и стропил.

Коротко о главном

Выбирая способ крепления балок, необходимо учитывать материал стен и конструкцию стропильной системы крыши. В рубленые стены их предпочтительнее врезать или врубать, на каркасные – укладывать с опорой на верхнюю обвязку. Если строение кирпичное или сложено из блоков, балки укладывают на нужной высоте, после чего продолжают кладку, зачеканивая их в стенах. Во всех случаях необходимо делать расчет по нагрузкам или выбирать способ с большим запасом прочности.