Минимальные опирания перемычек на кирпичную стену

Перемычка в строительном объекте — это короткое бетонное, металлическое или деревянное перекрытие над проемами, на которое укладываются кирпичи или другие блоки. Правильный монтаж перемычек на кирпичные стены предусматривает расчет нагрузки векторов от сил опирания. Если вес перемычки и стройматериала, уложенного на нее, давит на стену, то применяют сборные ж/б конструкции. При отсутствии нагрузок на стену, а также при ширине монтажных проемов ≤ 2 метра перемычки делаются ненесущими — из легких ж/б плит или кирпича, уложенного рядами на высокопрочный раствор и с закладкой элементов арматуры, на которую опирается нижний кирпичный ряд. С целью разнообразия архитектурных элементов могут использоваться не рядовые кирпичные перемычки, а конструкции в виде клинового элемента, а над большими пролетами строят арочные перемычки. Арочную кирпичную кладку обустраивают для системы перекрытий в сводчатых сооружениях.

Кирпичные проемы и перемычки

Нагруженная кирпичная перемычка несет в себе риски разрушения конструкции или сдвига кладки, если вертикальные растворные швы будут пустыми или не полностью залитыми раствором. Чтобы этого не произошло, необходимо контролировать ровность горизонтальных рядов кирпича, правильно перевязывать кирпичи в кладке. Раствор для перемычки в кирпичных стенах используется марки 25 и выше. Максимальная высота рядового перекрытия — пять рядов кирпича, длина перекрытия — ≥ 0,5 метра ширины строительного проема.

Кирпичная перемычка строится, опираясь на опалубку, сделанную из доски-сороковки. Нижний слой цементного раствора укладывается толщиной ≥ 2 см, и в этот слой требуется уложить несколько рядов гладких арматурных прутьев Ø 6–8 мм по длине перемычки. Укладываются металлические перемычки по одной на полкирпича, при этом на всю длину перекрытия их должно быть не менее трех штук. Так как арматурные стержни в этой конструкции принимают на себя усилия на растяжение, то стержни нужно запускать за торцы проема на 0,25–0,3 м, а их концы — загибать на поверхность стены.

Каркас опалубки будет опираться на выступающие из стены кирпичи, которые после демонтажа деревянного каркаса скалывают или спиливают. При ширине перекрытия ≥ 1,5 м нижняя часть палубы должна опираться на кружала, установленные на торцовую сторону.

Процесс возведения перемычки начинается после того, как до уровня перекрытия были выложены кирпичи стены. Чтобы опирание перемычки было прочным и надежным, сначала нужно сделать кирпичную опорную пяту, а плоскость опорной площадки определяется с помощью отклонения опоры по вертикальной оси. На смонтированную опалубку кирпич укладывается поперек каркаса. Проводя расчет перемычки, определяют количество рядов на опалубочной поверхности с помощью обычной разметки, которая проводится таким образом, чтобы количество кирпичей на перекрытии было нечетным. Ряды считаются в горизонтальной плоскости. Нечетный кирпич по центру кладки — «замковый», и располагаться он должен строго по вертикали и по центру кирпичной кладки.

Лучковые и клиновые перемычки выкладываются одновременно с обеих сторон от опорной пяты к замковому кирпичу так, чтобы ряд заканчивался на замке нечетным кирпичом по центру кладки. Строительным шнуром проверяют ровность растворных швов. Клиновую перемычку нельзя возводить, если длина проема больше двух метров.

Арки и своды

Изогнутая перемычка из кирпича в виде арки или свода делается так же, как и кладка клинчатой конструкции. Швы от раствора в рядах должны располагаться перпендикулярно лицевой и нижней поверхностям арочной конструкции. Расположение швов должно быть клиновым, а по ширине швы должны быть широкими вверху, и сужающимися книзу, при этом все швы необходимо заполнять полностью, не оставляя воздушных пустот.

Верхняя часть свода бетонируется слоем раствора не меньше ¼ толщины кирпича, то есть, около 3–4 см. Контроль кладки и ровность растворных швов необходимо постоянно контролировать при помощи обычного отвеса и строительного шнура как по вертикали, так и по горизонтали. Опалубка делается разборной, и ее демонтаж не должен мешать самой конструкции арочной перемычки или своду. Разборка опалубки производится через 7–10 суток, то есть, после полного набора начальной прочности цементным раствором.

Более широкий подбор перемычек в кирпичных стенах можно осуществить, включив в перечень ЖБИ сборной конструкции, которые изготавливаются в промышленных условиях, и поэтому обладают заранее заложенными высокими прочностными характеристиками. Строительная перегородка из таких изделий может быть брускового типа с шириной опирания до 25 см (балки ПБ), в виде ж/б балки с выносной четвертью для опирания (балки ПГ), в виде узких бетонных плит шириной более 25 см (плиты марки ПП) и фасадные конструкции (ПФ плиты) для обустройства перекрытия четвертями. Как фасадный элемент опирания плиты ПФ позиционируют себя более практичными, но требуют дополнительного декорирования, особенно, если плиты укладываются на кирпичные стены.

Железобетонные элементы опирания нужно подбирать на проемы с арматурными конструкциями с Ø прутьев 0,4–0,6 см, и изготовленных из тяжелого бетона марки не ниже M 250. Степень нагрузки и глубина опирания классифицируют ж/б элементы на несущие (выдерживают дополнительные нагрузки, кроме веса кирпичной кладки) и ненесущие (выдерживают только вес собственно кладки и свой вес). Расчетная глубина опирания на стену, выложенную из кирпича ≤ 250 мм, опирание на внутренние перегородки ≤ 200 мм.

Перемычки из металла – преимущества и расчет

Существуют строительные конструкции, в которых обустроить сборные или кирпичные перемычки невозможно. В таких объектах идеально подходит перемычка металлическая, которой можно придать любую форму на месте или заранее. К тому же, применение металлических опорных элементов имеет множество своих преимуществ. Например, не нужно ждать, пока раствор наберет расчетную прочность, чтобы продолжать строительство – на металлическую перемычку можно нагружать вес остальной недостроенной конструкции сразу. Высокая скорость сборки – еще одно явное преимущество, как прочность и надежность. Для металлических элементов не нужно проводить предварительные расчеты на несущие нагрузки и глубину опирания: проводятся только расчеты на минимальное опирание перемычек на кирпичную стену с тем, чтобы конструкция не прогнулась. Но и этих вычислений и подбора конфигурации перемычки можно избежать, если использовать для перекрытия проемов двутавры или швеллера.

Расчет перемычки из металла на прочность ведется по таким критериям:

Прочность: М_p=1,12xWxR;

где:

M_p — переменная величина, зависящая от длины перекрытия и нагрузки на него;
W — сопротивление стальной конструкции, величина справочная;
R — сопротивление металла.

Величина изгиба металлической перемычки: М_hxL/(10xExI)=1/200;

где:

M_h — переменная, зависящая от длины перекрытия и нагрузки на него;
L — длина перемычки;
I — инерционный момент;
Е — модуль упругости металла;
1/200 — предельный изгиб.

Как рассчитать перемычки для проемов окон и дверей — точный и упрощенный расчет

О том, как подобрать перемычки для кирпичных стен, будет рассказано ниже, и главное условие для выбора надежной металлической конструкции перемычки — точный расчет нагрузки от стены из кирпича на 1 погонный метр перемычки. Возьмем практический пример расчета перемычки для двери и окна (стены из кирпича):

Допустим, дверной проем имеет толщину 25 см (0,25 м) для кирпичной стены в один кирпич. Кладка над перемычкой будет продолжена на высоту 90 см (0,9 м) при ширине дверного проема 100 см (1 метр). Для подбора размеров и конструкции стальной перемычки нужно рассчитать нагрузку от верхней кладки на 1 погонный метр перекрытия.

Справка: удельная масса кирпича — 1800 кг/м³: q=0,25×0,9×1,8×1=410 кг/м.

M = QxLx200/8;

где:

Q — несущая нагрузка;
L — длина перекрытия;
200 — глубина опирания;
M_р = 650 кг/м;
L = 1000+2×200/3=113 см;
M_p = 73 кН/см.

Сопротивление по прочности: W=65/(1,12×21)=2,76 см³.

Инерционный момент: I = 200 М_нxL/(10xЕ)=7,85 см⁴.

Более простой метод расчета нагрузки на один погонный метр перемычки можно представить формулой: Q₁ = PxBxH;

где:

P (кг/м³) — плотность строительного материала перекрытия плюс плотность раствора. Справочная информация: раствора на цементе ≤ 2200, плотность кирпича без пустот ≤ 1900; плотность кирпича с пустотами ≤ 1450;
B (м) — ширина кирпичной стены;
H (м) — высота кирпичной кладки над перемычкой.

Расчет сопротивления по прочности и инерционного момента проводится по формуле: Q₂=NxP;

где:

N — количество профиля для перекрытия;
P — масса перемычки на один погонный метр стального профиля (справочная величина).

Нагрузка на один погонный метр перекрытия составит: Q=1,1xР;

где 1,1 – постоянный коэффициент.

Для расчета сечения металлической балки, опирающейся на две точки опоры, предельный изгибающий момент находится по центру: М_max = (Qx1 м²)/8=19,6 кг/м;

Если отталкиваться от ширины проема в 1 метр, то сопротивление по прочности будет равным: W_треб=М_max/R_y=0,933 см³;

где R_y — справочная величина, сопротивление металла ≤ 2100 кгс/см².

Результат нужно разделить на количество металлических профилей в перемычке — их должно быть не менее двух. Следующий шаг — выбор типа профиля по значению, большему на 1,1, чем полученное при расчетах. Для условий, описанных выше (длина проема – 1 метр, ширина — полкирпича) хватит двух стальных уголков с одинаковыми сторонами размером 28x28x3 мм. Глубина опирания металлических уголков на стены — ≤ 250 мм.

При расчете параметров перемычек для несущих кирпичных стен используются почти такие же методики, за исключением вычисления нагрузки на перемычку и выбора требуемой расчетной схемы. Если перемычка одновременно служит как несущая балка над дверным или оконным проемом, то ее расчет можно выполнить ее как расчет для балки на шарнирах.

B (м) — ширина кирпичной стены, для нашего варианта — два кирпича, или 510 мм;
H (м) — высота кирпичной кладки над перемычкой, нагрузка на которую рассчитывается, как H=L/2. Например, при длине проема в полтора метра и ширине в два кирпича нагрузка на перемычку будет равна 755,3 кг/м. Для плит перекрытия средний удельный вес принимается в диапазоне 800-1000 кг/м². Плиты с круглыми пустотными отверстиями имеют удельную массу ≤ 320 кг/м², плюс добавочный вес от теплоизоляции и цементной стяжки — около дополнительно 100 кг/м².

Предельный изгибающий момент для металлической перемычки с сосредоточенной и равномерно распределенной нагрузкой вычисляется по следующей формуле: М_max=(Qxl²)/8+(Qxl)/4=1133,7 кг/м. Сопротивление по прочности: W_треб=(1133,7×100)/(2100×2)=27 см³.

Материал для металлической перемычки может быть разным: стальной уголок горячего проката, разнополочные или равнополочные металлические уголки, профильные шовные и бесшовные трубы, но чаще всего используют б/у швеллер. Его можно найти или купить дешево и он удобнее в монтаже.

При длине дверного или оконного проема в 1,5 метра, и ширине проема в два кирпича достаточно использовать пару стальных уголков с разным размером полок, например, 110x70x8 мм. Вместо этих изделий можно использовать уголки другого размера, например, 490 x 56 x 55. Глубина опирания металлических уголков на стены — ≤ 250 мм.

Изгибающий момент рассчитывается по формуле: F=(5xQxL4)/(384xExI_z);

где:

E — модуль упругости для стальных элементов со значением 2×1010 кг/м²;
I_z — инерционный момент.

Для стальной перемычки, собранной из двух металлических уголков, изгибающий момент F = (5x3167x1,54)/(384x2x1010x2x171,54×10–8) = 0,003045 метра.

Согласно требований СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» максимальная величина изгиба для металлических перемычек не должна превышать 1/200 длины перегородки. По результатам примеров расчетов, приведенных выше, это значение равняется 150/200=0,75 см, что означает пригодность перемычки, выбранной с такими параметрами.