Перераспределение веса продольных перегородок на перекрытие норматив: СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*, СП (Свод правил) от 27 декабря 2010 года №20.13330.2011

Нагрузки от перегородок | Строительный справочник

Нагрузки от перегородок классифицируются как временные длительные нагрузки. В нормативной литературе, в частности в «Пособии по проектированию жилых зданий. Вып. 3 (к СНиП 2.08.01 — 85)» п. 6.25, при расчете железобетонных перекрытий, нагрузки от перегородок рекомендуется учитывать следующим образом:

• для жестких несущих стен и перегородок в виде сборных бетонных и железобетонных панелей нагрузка от их веса прикладывается к плите в виде сосредоточенных сил, которые считаются расположенными;
• для панелей без проемов, а также простенков панелей с проемами шириной более половины высоты этажа — на расстоянии 1/12 длины соответственно панели и простенка от их краев; для крайних простенков панелей с проемами шириной не более половины высоты этажа — на расстоянии 1/3 от наружного края простенка, а для средних простенков — по середине их длины;
• для нежестких несущих стен и перегородок из каменной кладки, мелких блоков, листовых материалов 60% нагрузка от их веса считается распределенной по длине простенков, а остальная часть в виде сосредоточенных сил, положение которых назначается аналогично нагрузке от жестких стен и перегородок.

Такой подход позволяет сэкономить арматуру при расчете перекрытий. Но данные правила справедливы только в том случае, когда местоположение перегородок известно заранее. В современном же строительстве стремятся делать помещения со свободными планировками, когда владелец сам может решить, нужны ли ему перегородки и как они будут расположены. В таких случаях вышеуказанный источник гласит следующее: «Если в процессе эксплуатации здания возможно изменение положения перегородок, то нагрузку от веса рекомендуется задавать в виде распределенной нагрузки, эквивалентной наиболее неблагоприятной схеме расположения перегородок в конструктивной ячейке, но не менее 0,5 кН/м2». Эти же указания содержатся в п. 8.2.2. СП 20.13330.2011.

Следует обратить внимание на следующий момент: фраза «не менее 0,5 кН/м2» ни в коем случае не означает, что во всех случаях нужно брать нагрузку от перегородок именно 0,5 кН/м2. Ведь планировки бывают разные, и возможны случаи, когда перегородки могут быть запроектированы толщиной «в кирпич» (т.е. 250 мм), либо перегородки «в пол — кирпича», но высота помещения намного больше 3,0 м, либо в помещении расположено большое их количество (подсобные помещения, сан. узлы и т.п.). Совершенно очевидно, что в подобных случаях равномерно распределенная нагрузка принимается большего значения.

При расчете пустотных или сборных плит перекрытия по всем предельным состояниям принимается следующее распределение нагрузки от веса перегородок, расположенных вдоль пролета равных по ширине плит:

• если перегородка расположена в пределах одной плиты, на эту плиту передается 50% веса перегородки, а по 25% ее веса передается на две смежные плиты;
• если перегородка опирается на две соседние плиты, вес перегородки распределяется поровну между ними.

Если перекрытие образовано двумя плитами, опертыми по трем сторонам, при расположении перегородки в пределах одной плиты на эту плиту передается 75% веса перегородки.

Эквивалентная нагрузка на плиту перекрытия

Как собрать нагрузку на плиту перекрытия

Нас спрашивают:
П одскажите пожалуйста как правильно собрать нагрузку от перегородки на плиту перекрытия. Как перераспределяется нагрузка от перегородки на плиту (в старом источнике нашел про перераспределение нагрузки на 2 соседние плиты по 25% и на саму плиту 50% от веса перегородки)?

Мы отвечаем:
А бсолютно непонятно, с какого перепугу перегородка занимающая три плиты будет именно таким образом на них давить. ) Нет, такое распределение, разумеется, вполне возможно, но далеко не очевидно. Однозначно, нагрузка на плиту от перегородки равна весу перегородки пропорционально приходящегося на эту плиту. Не больше и не меньше.

В реальности это выглядит так: скажем, перегородка в три метра длиной, стоит на трех плитах шириной в метр (двух, десяти не принципиально), вес перегородки 1200 кг, соответственно на каждую плиту приходится 400 кг. Если плиты четыре и три из них по метру, а одна в три, то и нагрузка будет распределятся как 1200/6 м = 200 кг 200 кг х 3 = 600 кг. Т. е. три метровых плиты будут держать по сто кг, а трехметровая все шестьсот кг.

Вот и все. Другой вопрос, что плита рассчитывается на предельную нагрузку как балка. Т.е. вес перегородки (продолжим пример) будет сосредоточенным и равным 400 кг. При этом, вертикальные реакции (усилия) в местах опор равны 200 кг на каждой (400кг/2 опоры). В данном случае балка предполагается статически определимой, т.е. имеет шарнирные опоры, с одной стороны подвижный с другой неподвижный шарнир. А вот изгибающие усилия, зависят от места приложения нагрузки. В шарнирах это ноль, а в точке приложения максимум, но при этом величина изгибающего момента зависит от пролета плиты. Если нагрузка приложена в трех метрах от опоры, то это уже 400х3=1200 кг. Впрочем, это очевидно — чем длиннее плита, тем меньшую нагрузку (при равном сечении) она может выдержать.

Подводя итог рассуждениям: в каждом конкретном случае, нужно рассматривать не некую абстрактную перегородку, а систему распределения нагрузок. И только уже исходя из этого можно рассчитать их величины.

Если взять пример, когда перегородка опирается краями на несущие стены, а основной плоскостью на плиты? В подобном случае, она представляет собой диск работающий в сечении ее же плоскости, а значит не деформируемый, а значит плиты на которых она помещена вообще не требуют расчета на нагрузку от перегородки.

Прошу прощения задал некорректный вопрос. В данный момент занимаюсь сбором нагрузок на плиту перекрытия. Имеется перегородка расположенная вдоль плиты и (в соответствии с «Рекомендациями по подбору эквивалентных равномерно распределенных нагрузок на перекрытия от перегородок» БЕЛНИИ , Минск 1979) при расположении перегородки вдоль плиты нагрузка распределяется 50% от перегородки на эту плиту и по 25% на соседние. При расположении перегородки поперек плиты нагрузка от перегородки (подобраная по таблице вышеуказанного документа) полностью приходится на плиту. Вопрос в следующем — как распределяется нагрузка при опирании перегородки, расположенной вдоль плиты, на эту плиту.?

Теперь несколько понятнее. Как минимум, что перегородка расположена вдоль плиты. Но к сожалению имеет место быть путаница в терминологии. Сбор нагрузок это расчет суммы всех нагрузок действующих на конструкцию. Сбором нагрузок от перегородки, будет определение суммы веса материала самой перегородки (к примеру, каменной кладки), веса штукатурки, возможно, каких-то конструкций, закрепленных на перегородке и т.д. Далее, определяется, как именно эта сумма нагрузок воздействует на плиту и отсюда выполняется расчет требуемой несущей способности плиты.

Документ, о котором Вы пишете к сбору нагрузок никакого отношения не имеет. Это упрощенные таблицы для определения эквивалентно распределенной нагрузки от перегородки на перекрытие.

Причем нагрузки от перегородок, заранее заданной толщины, высоты и материала, соответственно – известного веса. При этом по умолчанию подразумевается, что характер нагрузки вызывает в сечении плиты максимальные напряжения.

Для чего нужны эти таблицы? Для упрощения жизни проектировщику. Т.е. мы сразу можем видеть что перегородка такой-то длины, расположенная на плите такого-то пролета, дает эквивалентную нагрузку, к примеру скажем 256 кг/м2. Далее, поскольку на каждую марку плит есть ГОСТ или ТУ где, указана предельная нагрузка, которую она может выдержать и определив по таблице, что для нашей плиты нагрузка составляет пресловутые 256 кг/м2, берем нужный ТУ или ГОСТ и проверяем, подойдет ли плита, которую мы приняли для данного проекта. Либо, наоборот — находим подходящую плиту, рассчитанную на нагрузку не менее чем 256 кг/м2 и берем ее для проекта.

При этом заметьте, по этой методичке учитывается, нагрузка на плиту только от перегородки, и именно только такого типа! Т.е. нагрузки от мебели, людей, материала полов и пр. нужно учитывать дополнительно. Как и дополнительный вес перегородки, если она паче чаяния сделана не из 65 мм гипсобетона, объемным весом в 1,5 т/м3, а скажем бетонных блоков объемным весом 2,2 тн/м3 и имеет толщину 150 мм.

Почему процентное распределение таково? Да кто ж его знает? Это надо у составителей таблиц спросить. Видимо, согласно расчетам плиты перекрытия работают не каждая сама по себе, но представляют собой некую конструкцию, где нагрузки распределяются именно так и никак иначе. При этом соотношение это, очевидно, принято как максимально неблагоприятное.

Что до поперечного расположения, снова таки, видимо, при расчетах таблицы учитывался вес этого типа перегородок, приходящийся на одну плиту.

Кстати, в сети есть, на мой взгляд, более удачная методичка «Таблицы эквивалентных равномерно-распределенных нагрузок от перегородок». Москва 1990 г. Там, как минимум учтено наличие проемов.

Но вообще, что до года издания, это все ерунда. Стройка штука консервативная, методики расчетов сопротивления материалов лежащие в основе строительной механики еще в девятнадцатом веке были созданы. Опять же, сумма квадратов катетов прямоугольного треугольника, как была во времена Пифагора равна квадрату гипотенузы, так и сейчас нисколько не изменилась и не уточнилась.

Максимально допустимая нагрузка на плиту перекрытия

Для обустройства перекрытий между этажами, а также при строительстве частных объектов применяются железобетонные панели с полостями. Они являются связующим элементом в сборных и сборно-монолитных строениях, обеспечивая их устойчивость. Главная характеристика – нагрузка на плиту перекрытия. Она определяется на этапе проектирования здания. До начала строительных работ следует выполнить расчеты и оценить нагрузочную способность основы. Ошибка в расчетах отрицательно повлияет на прочностные характеристики строения.

Виды пустотных панелей перекрытия

Панели с продольными полостями применяют при сооружении перекрытий в жилых зданиях, а также строениях промышленного назначения.

Железобетонные панели отличаются по следующим признакам:

• размерам пустот;
• форме полостей;
• наружным габаритам.

В зависимости от размера поперечного сечения пустот железобетонная продукция классифицируется следующим образом:

• изделия с каналами цилиндрической формы диаметром 15,9 см. Панели маркируются обозначением 1ПК, 1 ПКТ, 1 ПКК, 4ПК, ПБ;
• продукция с кругами полостями диаметром 14 см, произведенная из тяжелых марок бетонной смеси, обозначается 2ПК, 2ПКТ, 2ПКК;
• пустотелые панели с каналами диаметром 12,7 см. Они маркируются обозначением 3ПК, 3ПКТ и 3ПКК;
• круглопустотные панели с уменьшенным до 11,4 см диаметром полости. Применяются для малоэтажного строительства и обозначаются 7ПК.

Панели для межэтажных оснований отличаются формой продольных отверстий, которая может быть выполнены в виде различных фигур:

• круга;
• эллипса;
• восьмигранника.

По согласованию с заказчиком стандарт допускает выпуск продукции с отверстиями, форма которых отличается от указанных. Каналы могут иметь вытянутую или грушеобразную форму.

Круглопустотная продукция отличается также габаритами:

• длиной, которая составляет 2,4–12 м;
• шириной, находящейся в интервале 1м3,6 м;
• толщиной, составляющей 16–30 см.

По требованию потребителя предприятие-изготовитель может выпускать нестандартную продукцию, отличающуюся размерами.

Основные характеристики пустотных панелей перекрытий

Плиты с полостями пользуются популярностью в строительной отрасли благодаря своим эксплуатационным характеристикам.

Главные моменты:

• расширенный типоразмерный ряд продукции. Габариты могут подбираться для каждого объекта индивидуально, в зависимости от расстояния между стенами;
• уменьшенная масса облегченной продукции (от 0,8 до 8,6 т). Масса варьируется в зависимости от плотности бетона и размеров;
• допустимая нагрузка на плиту перекрытия, равная 3–12,5 кПа. Это главный эксплуатационный параметр, определяющий несущую способность изделий;
• марка бетонного раствора, который применялся для заливки панелей. Для изготовления подойдут бетонные составы с маркировкой от М200 до М400;
• стандартный интервал между продольными осями полостей, составляющий 13,9-23,3 см. Расстояние определяется типоразмером и толщиной продукции;
• марка и тип применяемой арматуры. В зависимости от типоразмера изделия, используются стальные прутки в напряженном или ненапряженном состоянии.

Подбирая изделия, нужно учитывать их вес, который должен соответствовать прочностным характеристикам фундамента.

Как маркируются плиты пустотные

Государственный стандарт регламентирует требования по маркировке продукции. Маркировка содержит буквенно-цифровое обозначение.

По нему определяется следующая информация:

• типоразмер панели;
• габариты;
• предельная нагрузка на плиту перекрытия.

Маркировка также может содержать информацию по типу применяемого бетона.

На примере изделия, которое обозначается аббревиатурой ПК 38-10-8, рассмотрим расшифровку:

• ПК – эта аббревиатура обозначает межэтажную панель с круглыми полостями, изготовленную опалубочным методом;
• 38 – длина изделия, составляющая 3780 мм и округленная до 38 дециметров;
• 10 – указанная в дециметрах округленная ширина, фактический размер составляет 990 мм;
• 8 – цифра, указывающая, сколько выдерживает плита перекрытия килопаскалей. Это изделие способно выдерживать 800 кг на квадратный метр поверхности.

При выполнении проектных работ следует обращать внимание на индекс в маркировке изделий, чтобы избежать ошибок. Подбирать изделия необходимо по размеру, уровню максимальной нагрузки и конструктивным особенностям.

Преимущества и слабые стороны плит 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.

Изделия не подвержены усадке, имеют минимальные отклонения размеров и устойчивы к воздействию коррозии.

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.

Определяя массу, необходимо просуммировать вес стяжки, перегородок, утеплителя, а также находящейся в помещении мебели.

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

1. Рассчитаем несущую площадь – 6х15=9 м 2 .
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.

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

Плита перекрытия – нагрузка на м 2

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 м 2 .
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 м 2 .
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.

Фактическая нагрузка на квадратный метр определяется путем деления полученного значения на площадь 890 кг:3,45 м2= 257 кг. Это меньше расчетного показателя, составляющего 800 кг/м2.

Максимальная нагрузка на плиту перекрытия в точке приложения усилий

Предельное значение статической нагрузки, которое может прилагаться в одной точке, определяется с коэффициентом запаса, равным 1,3. Для этого необходимо нормативный показатель 0,8 т/м 2 умножить на коэффициент запаса. Полученное значение составляет – 0,8х1,3=1,04 т. При динамической нагрузке, действующей в одной точке, коэффициент запаса следует увеличить до 1,5.

Давайте разберемся, как рациональней собирать нагрузку от перегородок для различных ситуаций.

Что такое характеристическая нагрузка? Это нормативная нагрузка еще безо всяких коэффициентов, т.е. фактический вес перегородок. Этот фактический вес, по сути, распределен по очень узкой площади (т.к. толщина перегородки обычно не превышает 150 мм), и наиболее правдоподобным будет принимать нагрузку от перегородки как линейную. Что это значит?

Она оштукатурена с двух сторон, каждый слой штукатурки имеет толщину 0,02 м, объемный вес штукатурки 1,6 т/м 3 . Нужно найти нормативную (характеристическую) нагрузку от перегородки для расчета плиты перекрытия.

Найдем вес 1 м 2 перегородки:

(1,8∙0,12 + 1,6∙2∙0,02)∙1 = 0,28 т/м 2 (здесь 1 – это площадь перегородки).

Зная высоту перегородки, определим, сколько будет весить погонный метр перегородки:

Таким образом, мы получили погонную линейную нагрузку 0,7 т/м, которая будет действовать на плиту перекрытия под всей перегородкой (каждый метр перегородки весит 0,7 т/м). Суммарный же вес перегородки будет равен 0,7∙3 = 2,1 т, но такое значение для расчета нужно далеко не всегда.

Теперь рассмотрим, в каких ситуациях нагрузку от перегородок следует оставлять в виде линейной нагрузки, а когда – переводить в равномерно распределенные по площади нагрузки, как это рекомендуется в п. 6.6 ДБН «Нагрузки и воздействия».

Сразу оговорюсь, если вы считаете перекрытие в программном комплексе, позволяющем с легкостью задавать перегородки или линейную нагрузку от них, следует воспользоваться этой возможностью и делать наиболее приближенный к жизни расчет – такой, где все нагрузки от перегородок в виде линейно-распределенных расположены каждая на своем месте.

Если же вы считаете вручную или же по каким-то причинам хотите упростить программный счет (вдруг, компьютер не тянет такое обилие перегородок), следует проанализировать, как это делать и делать ли.

Рассмотрим варианты с монолитным перекрытием. Допустим, есть у нас фрагмент монолитного перекрытия, на который необходимо собрать нагрузку от перегородок, превратив ее в равномерно распределенную.

Что для этого нужно? Во-первых, как в примере 1, нужно определить нагрузку от 1 погонного метра перегородки, а также суммарную длину перегородок.

Допустим, погонная нагрузка у нас 0,3 т/м (перегородки газобетонные), а суммарная длина всех перегородок 76 м. Площадь участка перекрытия 143 м 2 .

Первое, что мы можем сделать, это размазать нагрузку от всех перегородок по имеющейся площади перекрытия (найдя вес всех перегородок и разделив его на площадь плиты):

0,3∙76/143 = 0,16 т/м 2 .

Казалось бы, можно так и оставить, и приложить нагрузку на все перекрытие и сделать расчет. Но давайте присмотримся, у нас есть разные по интенсивности загруженности участки перекрытия. Где-то перегородок вообще нет, а где-то (в районе вентканалов) их особенно много. Справедливо ли по всему перекрытию оставлять одинаковую нагрузку? Нет. Давайте разобьем плиту на участки с примерно одинаковой загруженностью перегородками.

На желтом участке перегородок нет вообще, справедливо будет, если нагрузка на этой площади будет равна 0 т/м 2 .

На зеленом участке общая длина перегородок составляет 15,3 м. Площадь участка 12 м 2 (заметьте, площадь лучше брать не строго по перегородкам, а отступая от них где-то на толщину перекрытия, т.к. нагрузка на плиту передается не строго вертикально, а расширяется под углом 45 градусов). Тогда нагрузка на этом участке будет равна:

0,3∙15,3/12 = 0,38 т/м 2 .

На розовом участке общая длина перегородок составляет 38,5 м, а площадь участка равна 58 м 2 . Нагрузка на этом участке равна:

0,3∙38,5/58 = 0,2 т/м 2 .

На каждом синем участке общая длина перегородок составляет 11,1 м, а площадь каждого синего участка равна 5 м 2 . Нагрузка на синих участках равна:

0,3∙11,1/5 = 0,67 т/м 2 .

В итоге, мы имеем следующую картину по нагрузке (смотрим на рисунок ниже):

Видите, как значительно различаются нагрузки на этих участках? Естественно, если сделать расчет при первом (одинаковом для всей плиты) и втором (уточненном) варианте загружения, то армирование будет разным.

Делаем вывод: всегда нужно тщательно анализировать, какую часть плиты загружать равномерной нагрузкой от перегородок, чтобы результат расчета был правдоподобным.

Если вы собираете нагрузку от перегородок на перекрытие, опирающееся на стены по четырем сторонам, то следует руководствоваться следующим принципом:

Теперь рассмотрим на том же примере, как следует собирать нагрузку от перегородок для расчета колонн и стен или фундаментов под ними. Конечно, если вы делаете расчет перекрытия, то в результате такого расчета вы получите реакции на опорах, которые и будут нагрузками на колонны и стены. Но если перекрытие по каким-то причинам не считаете, а требуется просто собрать нагрузку от перегородок, то как быть?

Здесь начинать нужно не с анализа загруженности частей плиты. Первый шаг в таком случае – это разделить плиту на грузовые площади для каждой колонны и стены.

На рисунке показано, как это сделать. Расстояние между колоннами делится пополам и проводятся горизонтальные линии. Точно так же ровно посередине между колоннами и между колоннами и нижней стеной проводятся горизонтали. В итоге в районе колонн плита поделена на квадраты. Все перегородки, попадающие в квадрат конкретной колонны, нагружают именно эту колонну. А на стену приходится нагрузка с полосы, ширина которой равна половине пролета. Остается только на каждом участке, где есть перегородки, посчитать суммарную длину этих перегородок и весь их вес передать на колонну.

Вес одного погонного метра перегородки 0,35 кг. Суммарная длина перегородок в квадрате розовой колонны 5,4 м (из этих 5,4 м, одна перегородка длиной 1,4 м находится ровно на границе между двумя колоннами, а 4 м – в квадрате сбора нагрузки). Суммарная длина перегородок на полосе сбора нагрузки для стены – 18 м, длина стены 15,4 м.

Соберем нагрузку на колонну:

0,35∙4 + 0,35∙1,4/2 = 1,65 т.

Здесь мы взяли всю нагрузку от четырех метров стен и половину нагрузки от стены длиной 1,4 м (вторая половина пойдет на другую колонну).

На колонну также придется изгибающий момент от веса перегородок (если перекрытие опирается жестко), но без расчета плиты момент определить сложно.

Соберем нагрузку на стену. Нагрузка собирается на 1 погонный метр стены. Так как перегородки расположены довольно равномерно, находится общий вес всех перегородок и делится на длину стены:

0,35∙18/15,4 = 0,41 т/м.

Так как сборные плиты имеют четкую конфигурацию и схему опирания (обычно по двум сторонам), то подход для сбора нагрузок от перегородок должен быть особенным. Рассмотрим варианты сбора нагрузок на примерах.

Толщина перегородки 0,12 м, высота 3 м, объемный вес 1,8 т/м 3 ; два слоя штукатурки по 0,02 м толщиной каждый, объемным весом 1,6 т/м 3 . Ширина плиты 1,2 м.

Так как плита считается как балка на двух опорах, то нагрузку от перегородки следует брать сосредоточенную – в виде вертикальной силы, приложенной к «балке» в месте опирания перегородки. Величина сосредоточенной силы равна весу всей перегородки:

0,12∙3∙1,2∙1,8 + 2∙0,02∙3∙1,2∙1,6 = 1,0 т.

В таком случае, не зависимо от того, где находится перегородка – посередине или на краю плиты, нагрузка от нее берется равномерно распределенной вдоль плиты. Эта нагрузка собирается на 1 погонный метр плиты.

Толщина перегородки 0,1 м, высота 2,5 м, объемный вес 0,25 т/м 3 .

Определим равномерно распределенную нагрузку 1 п.м плиты:

0,1∙2,5∙1∙0,25 = 0,06 т/м.

Когда плиту пересекает несколько перегородок, у нас есть два варианта:

1) выделить нагрузку от продольных перегородок в равномерно распределенную, а нагрузку от поперечных перегородок – в сосредоточенную;

2) всю нагрузку сделать равномерно распределенной, «размазав» ее по участку плиты с перегородками.

Толщина перегородки 0,1 м, высота 2,5 м, объемный вес 0,25 т/м 3 . Ширина плиты 1,5 м, длина продольной перегородки 3 м, длина двух самых коротких перегородок 0,7 м.

Определим нагрузку на плиту по варианту 1.

Равномерно распределенная нагрузка равна:

0,1∙2,5∙1∙0,25 = 0,06 т/м.

Сосредоточенная нагрузка от крайней правой перегородки равна:

0,1∙2,5∙1,5∙0,25 = 0,1 т.

Сосредоточенная нагрузка от каждой из двух коротких перегородок равна:

0,1∙2,5∙0,7∙0,25 = 0,044 т.

Определим нагрузку на плиту по варианту 2.

Найдем общий вес всех перегородок:

0,1∙2,5∙0,25∙(3 + 1,5 + 0,7∙2) = 0,37 т.

Найдем длину перегородки, на которой действует нагрузка:

Найдем величину равномерно распределенной нагрузки на участке 3,1 м:

Эквивалентная нагрузка на плиты перекрытия

Доброго времени суток.
Народ, расскажите, кто как собирает нагрузки на плиты перекрытия от перегородок. Есть ли универсальный способ.

А то по таблицам вообще запариваешься и в итоге принимаешь на глаз, а формулок нигде нет.

29.04.2008, 17:42

29.04.2008, 17:48

Грубо – это то же что и на глаз (нет под этим нормативной базы)

И раньше читал этот пункт, и сейчас еще раз перечитал. Может быть и подробно, но без 100 грам не разберешь.

А вот посмотрите на вложение.
кроме как здесь, больше нигде не встречал подобного

Вложения

30.04.2008, 06:47

30.04.2008, 07:34

30.04.2008, 11:07

30.04.2008, 11:20

Вложения

30.04.2008, 13:36

Проектирование зданий и частей зданий

Нагрузку от перегородок к эквивалентной привожу аналогичным образом:

Посмотришь на это все и руки опускаються.

Вложения

30.04.2008, 13:52

Проектирование зданий и частей зданий

таблицы.rar
JPEGи в данном архиве в таком качестве, что вообще ни чего не разглядеть.

В принципе можно потрудиться и сделать в Exel для себя таблички, либо забить формулы. Вот на пример (файл пока до конца не доработан) для шарнирно опертых плит перекрытия.
Сделан на основе “Рекомендации по подбору эквивалентных равномерно распределенных нагрузок на перекрытия от перегородок” (В помощь проектировщику). Ссылку давал выше.

Вложения

30.04.2008, 14:22

ander, выкладываю пример. Сравните два варианта нагрузок по sx, sy. По приложенной схеме:

1) нагрузки приложены по схемам планировок (11 кН/м – соответствует стене в полкирпича со штукатуркой).

sxниз -132. +304 т/м2
sxверх -304. -132 т/м2

syниз -226. +433 т/м2
syверх -433. +226 т/м2

2) нагрузка в 1 кПа, равномерно распределенная по всей площади перекрытия.

sxниз -34. +50 т/м2
sxверх -50. +34 т/м2

syниз -28. 78 т/м2.
syверх -78. +28 т/м2

Эквивалентная варианту 1 по равнодействующей распределенная нагрузка составляет 3,7 кПа. По максимальным напряжениям при изгибе – 8 кПа.

Что касается плавающих планировок, то можно задать второе, взаимоисключающее загружение с “размазанным” значением. Но при этом загружение с фактическим расположением нагрузок должно быть введено обязательно. Тем более что глобальные перепланировки в квартирах и офисах со сносом кирпичных стен производятся, мягко говоря, нечасто (межквартирные стены вообще никто не трогает).

Конечно, если рассматривать легкие перегородки по типу гипсокартона, проблема не стоит обсуждения. Однако мне, например, попадаются планировки с кирпичными стенами толщиной от полкирпича до полутора.

Какую нагрузку могут выдерживать пустотные плиты перекрытия

Бетонные пустотные плиты уже много лет используют для обустройства межэтажных перекрытий при строительстве зданий из любых строительных материалов: железобетонных панелей, стеновых блоков (газобетонных, пенобетонных, газосиликатных), а также при возведении монолитных или кирпичных сооружений. Нагрузка на пустотную плиту перекрытия – одна из основных характеристик таких изделий, которую необходимо учитывать уже на этапе проектирования будущего строения. Неправильный расчет этого параметра негативно скажется на прочности и долговечности всего строения.

Разновидности пустотных плит перекрытия

Пустотные плиты наиболее широко применяют при обустройстве перекрытий при строительстве жилых домов, общественных и промышленных сооружений. Толщина таких панелей составляет 160, 220, 260 или 300 мм. По типу отверстий (пустот) изделия бывают:

• с круглыми отверстиями;
• с пустотами овальной формы;
• с отверстиями грушевидной формы;
• с формой и размерами пустот, которые регламентируются техусловиями и специальными стандартами.

Самые востребованные на современном строительном рынке – изделия с толщиной 220 мм и отверстиями цилиндрической формы, так как они рассчитаны на значительные нагрузки на каждую пустотную плиту перекрытия, а ГОСТ предусматривает их применение для обустройства перекрытий практически всех типов зданий. Различают три типа таких конструкционных изделий:

• Плиты с цилиндрическими пустотами Ø=159 мм (маркируют символами 1ПК).
• Изделия с круглыми отверстиями Ø=140 мм (2ПК), которые изготавливают только из тяжелых видов бетона.
• Панели с пустотами Ø=127 мм (3ПК).

На заметку! Для малоэтажного индивидуального строительства допустимо применение панелей толщиной 16 см и отверстиями Ø=114 мм. Важный момент, который надо учитывать, выбирая изделие такого типа, уже на этапе проектирования сооружения – максимальная нагрузка, которую выдержит плита.

Характеристики пустотных плит перекрытий

К основным техническим характеристикам пустотных плит относятся:

• Геометрические размеры (стандартные: длина – от 2,4 до 12 м; ширина – от 1,0 до 3,6 м; толщина – от 160 до 300 мм). По желанию заказчика производитель может изготовить нестандартные панели (но только при строгом соблюдении всех требований ГОСТа).
• Масса (от 800 до 8600 кг в зависимости от размеров панели и плотности бетона).
• Допустимая нагрузка на плиту перекрытия (от 3 до 12,5 кПа).
• Тип бетона, который использовали при изготовлении (тяжелый, легкий, плотный силикатный).
• Нормированное расстояние между центрами отверстий от 139 до 233 мм (зависит от типа и толщины изделия).
• Минимальное количество сторон, на которые должна опираться панель перекрытия (2, 3 или 4).
• Расположение пустот в плите (параллельно длине либо ширине). Для панелей, предназначенных для опоры на 2 или 3 стороны, пустоты необходимо обустраивать только параллельно длине изделия. Для плит, опирающихся на 4 стороны, возможно расположение отверстий параллельно как длине, так и ширине.

• Арматура, использованная при изготовлении (напрягаемая или ненапрягаемая).
• Технологические выпуски арматуры (если таковые предусмотрены проектным заданием).

Маркировка пустотных плит

Марка панели состоит из нескольких групп букв и цифр, разделенных дефисами. Первая часть – тип плиты, ее геометрические размеры в дециметрах (округленные до целого числа), количество сторон опоры, на которое рассчитана панель. Вторая часть – расчетная нагрузка на плиту в кПа (1 кПа = 100 кг/м²).

Внимание! В маркировке указана расчетная, равномерно распределенная нагрузка на бетонное перекрытие (без учета собственной массы изделия).

Дополнительно в маркировке указывают тип бетона, примененного для изготовления (Л – легкий; С – плотный силикатный; тяжелый бетон индексом не обозначают), а также дополнительные характеристики (например, сейсмологическую устойчивость).

Например, если на плиту нанесена маркировка 1ПК66.15-8, то это расшифровывается следующим образом:

1ПК – толщина панели – 220 мм, пустоты Ø=159 мм и она предназначена для установки с опорой на две стороны.

66.15 – длина составляет 6600 мм, ширина – 1500 мм.

8 – нагрузка на плиту перекрытия, которая составляет 8 кПа (800 кг/м²).

Отсутствие в конце маркировки буквенного индекса указывает на то, что для изготовления был применен тяжелый бетон.

Еще один пример маркировки: 2ПКТ90.12-6-С7. Итак, по порядку:

2ПКТ – панель толщиной 220 мм с пустотами Ø=140 мм, предназначенная для установки с упором на три стороны (ПКК означает необходимость установки панели на четыре стороны опоры).

90.12 – длина – 9 м, ширина – 1,2 м.

6 – расчетная нагрузка 6 кПа (600 кг/м²).

С – означает, что она изготовлена из силикатного (плотного) бетона.

7 – панель может быть использована в регионах с сейсмологической активностью до 7 баллов.

Достоинства и недостатки пустотных плит

По сравнению со сплошными аналогами пустотные панели обладают рядом несомненных преимуществ:

• Меньшей массой по сравнению со сплошными аналогами, причем без потери надежности и прочности. Это значительно уменьшает нагрузки на фундамент и несущие стены. При монтаже можно использовать технику меньшей грузоподъемности.
• Меньшей стоимостью, так как для их изготовления необходимо значительно меньшее количество строительного материала.
• Более высокой тепло- и звукоизоляцией (за счет пустот в «теле» изделия).
• Отверстия могут быть использованы для прокладки различных инженерных коммуникаций.
• Изготовление плит осуществляют только на крупных заводах, оснащенных современным высокотехнологичным оборудованием (производство их в кустарных условиях, практически, невозможно). Поэтому можно быть уверенным в соответствии изделия заявленным техническим характеристикам (согласно ГОСТ).

• Многообразие стандартных типоразмеров позволяет осуществлять строительство сооружений самых различных конфигураций (доборные элементы перекрытий можно изготовить из стандартных панелей или заказать у производителя).
• Быстрый монтаж перекрытия по сравнению с обустройством монолитной железобетонной конструкции.

К недостаткам таких плит можно отнести:

• Возможность монтажа только с применением грузоподъемной техники, что приводит к удорожанию постройки при индивидуальном строительстве жилого дома. Необходимость свободного места на частном участке для маневрирования подъемного крана при монтаже перекрытий.

На заметку! Деревянные перекрытия, которые очень популярны в индивидуальном строительстве, устанавливают на балки, для монтажа которых также необходимо применение техники достаточной грузоподъемности.

• При использовании стеновых блоков необходимо обустройство железобетонного армопояса.

• Невозможность изготовления своими руками.

Примерный расчет предельной нагрузки на пустотную плиту перекрытия

Для того чтобы самостоятельно рассчитать, какую максимальную нагрузку могут выдерживать плиты перекрытия, которые вы планируете использовать при строительстве, необходимо учесть все моменты. Допустим, что для обустройства перекрытий вы хотите использовать панели 1ПК63.12-8 (то есть, величина расчетной нагрузки, которую выдерживает одно изделие, составляет 800 кг/м²: для дальнейших расчетов обозначим ее буквой Q₀). Рассчитав сумму всех динамических, статических и распределенных нагрузок (от веса самой плиты; от людей и животных, мебели и бытовой техники; от стяжки, утеплителя, финишного напольного покрытия и перегородок), которую обозначаем QΣ, можно определить, какую нагрузку выдерживает ваша конкретная плита. Основной момент, на который надо обратить внимание: в результате всех расчетов (разумеется, с учетом повышающего коэффициента прочности) должно получиться, что QΣ ≤ Q₀.

Для того чтобы определить равномерно распределенную нагрузку от собственного веса плиты, необходимо знать ее массу (M). Можно воспользоваться либо величиной массы, указанной в сертификате завода-изготовителя (если его предоставили в месте продажи), либо справочной величиной из таблицы ГОСТ-а, которая составлена для изделий, изготовленных из тяжелых видов бетона со средней плотностью 2500 кг/м³. В нашем случае справочный вес плиты составляет 2400 кг.

Сначала вычисляем площадь плиты: S = L⨯H = 6,3⨯1,2 = 7,56 м². Тогда нагрузка от собственного веса (Q₁) составит: Q₁ = M:S = 2400:7,56 = 317,46 ≈ 318 кг/м².

В некоторых строительных справочниках рекомендуют при расчетах использовать суммарное усредненное значение полезной нагрузки на перекрытие жилых помещений – Q₂=400 кг/м².

Тогда суммарная нагрузка, которую необходимо выдерживать плите перекрытия, составит:

QΣ = Q₁ + Q₂ = 318 + 400 = 718 кг/м² ˂ 800 кг/м², то есть основной момент QΣ ≤ Q₀ соблюден и выбранная плита пригодна для обустройства перекрытий жилых помещений.

Для точных расчетов будут необходимы значения удельной плотности (стяжки, теплоизолятора, финишного покрытия), значение нагрузки от перегородок, вес мебели и бытовой техники и так далее. Нормативные показатели нагрузок (Qн) и коэффициенты надежности (Үн) указаны в соответствующих СНИП-ах.

В заключении

На современном строительном рынке представлены пустотелые плиты с расчетными нагрузками от 300 до 1250 кг/м². Если подойти к моменту расчета необходимой предельной нагрузки ответственно, то можно выбрать изделие, удовлетворяющее именно вашим требованиям, не переплачивая за излишнюю прочность.

Сбор нагрузок. Расчетная схема и расчетное сечение. Нагрузка на плиту

Страницы работы

Содержание работы

2. Сбор нагрузок.

ρ=1800 кг/м 3 ; δ=0,005м

1800*10*0,005=90 Н/м 2

ρ=1000 кг/м 3 ; δ=0,002м

1000*10*0,002=20 Н/м 2

ρ=1800 кг/м 3 ; δ=0,02м

1800*10*0,02=360 Н/м 2

Стекловолокнистые маты ρ=45 кг/м 3 ; δ=0,015м

45*10*0,015=6,75 Н/м 2

Полное значение (кратковр.)

Нагрузка на 1 м длины плиты с учетом коэффициента надежности по ответственности γ_н =0,95

q n = q н * В * γ_n =6,102*1,5*0,95=8,7 кН/м

q= q * В * γ_n =7,08*1,5*0,95=10,09 кН/м.

l _{= Lк – b = 6280мм – 120мм = 6160 мм}

Номинальная ширина плит 1.5 м. Конструктивная ширина плиты с учетом швов между плитами 10 мм.

Высота плиты h=1/30* l_{=5,98/30=19,93 см}

Принимаем стандартную высоту плиты h=220 мм.

Многопустотные плиты в заводских условиях изготавливают с круглыми пустотами диаметром 159 мм. Количество пустот – 7. Шаг пустот 185 мм. Ширина ребер между пустотами 185-159=26 мм. При семи пустотах число промежуточных ребер – 6.

Ширина крайних ребер равна (1490-6*26-7*159)/2=110,5 мм

Расстояние от грани плиты до оси крайних пустот 110,5+159/2=190 мм.

Расчетное сечение плиты при расчете по I группе предельных состояний (на прочность) принимается как тавровое высотой h=220 мм. Ширина верхней полки при боковых подрезках 15 мм b’f=B_к-2*15=1490-2*15=1460 мм.

Толщина полки h’f=(h-d)/2=(220-159)/2=30,5мм.

Ширина ребра b= b’f -7*d=1460-7*159=347 мм

h_{=h-a=220-30=190 мм – рабоч. высота сечения}

4. Нагрузка на плиту.

Нагрузка на плиту складывается из постоянной нагрузки – собственного веса элементов и временной нагрузки, действующее на перекрытие. Для учета нагрузки от перегородок определим эквивалентную нагрузку от веса перегородки, расположенной вдоль пролета плиты. Согласно п. 1.20а [2]. Нагрузка от глухой перегородки прикладывается сосредоточенно на расстоянии 1/12 длины перегородки от ее краев. Длина перегородки при опирании плиты на 120 мм .

Lп = 6280 – 2*120=6040 мм. 6040/12=505 мм

Расстояние от опоры плиты до точки приложения нагрузки F=505+120/2=565 мм.

Перегородка кирпичная оштукатуренная с 2-х сторон.

Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка при B=1.5 м.

Согласно п. 1.21 а [2] на рассматриваемую плиту приходится 50 %, а по 25% передается на соседние плиты, т.е. q_экв.=0,5*1,89=0,945 кПа, что больше 0,5 кПа по п. 3.6 [7].

5. Статический расчет плиты.

Расчет на прочность производим по расчетным нагрузкам. Следовательно:

М_мах = 10,09*6,16 2 / 8 = 47,86 кН*м

Q_мах = 10,09*6,16/2 =31,08 кН

6.Подбор продольной арматуры.

Принимаем плиту предварительно напряженную. Класс бетона, в котором расположена напрягаемая арматура, принимаем по табл. 8 [3]. При арматуре класса А-IV – В 15.

С целью учета длительности действия нагрузки на прочность бетона коэффициент условия работы принимаем γ_b2=0.9. Рабочее сопротивление бетона по табл. 8 [2]. При γ_b2=0.9 – R_b=7,7 МПа, R_bt=0,67 МПа.

Рабочая арматура класса А-IV R_sn=490 МПа, R_s=410 МПа, R_sw=270 МПа.

Рабочую арматуру натягивают на упоры электрическим способом, а обжатие бетона производится усилием напрягаемой арматуры при достижении прочности R_вр=0,5* R_вn=5,5 МПа. Бетонные изделия твердеют с помощью тепловой обработки (пропарки).

Предварительное напряжение арматуры принимается

Проверяем соблюдение условий п.1,23 [1]. σ_SR=0.6 *R_sn=0,6*590=354 МПа.

σ_SR+P ≤ R_s,ser, где P – допустимое отклонение значения предварительного напряжения. При электротермическом способе натяжения P=30+360/l=30+360/6,3=87 МПа

σ_SR+P = 354+87=441 МПа 0,3*R_s,ser =177 МПа – условие выполняется.

Вычисляем коэффициент точности натяжения γ_sp=1 ± ∆γ_sp

∆γ_sp =0,5 P/ σ_SR (1+1/√n_р). Где n_р– число напрягаемых стержней. По п.5.64[2] расстояние между осями рабочих стержней должно быть не более 2*h=2*220=440 мм. При установке через 2 пустоты это расстояние будет 2*185=370 1 = γ_sp * σ_SR=0,822*354=291 МПа.

7. Расчет по нормальному сечению.

Расчетное сечение тавровое с размерами h’f= 30,5 мм, b’f=1460 мм, b=347мм, h=220 мм, h_{=190 мм, Mmax=47,86 кН*м.}

Определяем предварительное положение нейтральной оси из выражения

M_max ≤ М_сч , М_сч= R_b* h’f* b’f*( h _{– 0.5*h’f )=7700*1,46*0,0305*(0,19-0,5*0,0305)=59,92 МПа > 47,86 МПа, условие выполняется.}

Следовательно. Нейтральная ось будет проходить в пределах полки, т.е. имеем первый случай работы таврового сечения. В этом случае расчет выполняем, как балки прямоугольного сечения при b= b’f=1,46 м.

η=1,2 – для арматуры класса А-IV.

A_sp =47,86/1,2*510000*0,942*0,19=47,86/109535,76=0,000437 м 2 =4,37 см 2 .

Принимаем 6 Ǿ 10 А-IV с A_sp =4,71 см 2 .

M_сеч=7700*1,46*0,0256 *(0,19-0,5*0,0256)=51 кН*м

8. Расчет по наклонному сечению.

Проверяем условие прочности бетонного сечения без поперечной арматуры, согласно п. 3.40 [2] , по формуле 71.

Q_мах Q_мах =31,08 кН –усл. выполн

Проверим условие 72[2]:

N≈P= A_sp * σ_SR 1 =291000*0,000471=137,1 кН

Q = 26,95 кН 15d, где σ_SR= R_S=510 мм.

Принимаем ширину сетки 300 мм, шаг стержней сетки 70 мм. В верхней зоне плиты устанавливается сетка, воспринимающая монтажные и транспортные нагрузки. Сетка выполняется из арматуры Ǿ 3 Вр-I, с шагом продольных стержней 200 мм, а поперечных 300 мм.

9. Проверка панели на монтажные нагрузки.

Панель имеет 4 монтажные петли из стали класса А-IV, расположенные на расстоянии 350+15=365 мм от концов панели. Монтажные петли назначаем из условия передачи массы плиты с учетом коэффициента надежности по нагрузке γ_f=1,1 и коэффициент динамичности γ_d=1,4, на три петли. учитывая возможный перенос. Масса плиты 2975 кг. Масса приходящаяся на одну петлю N₁=m*γ_f*γ_d/3=2975*1.1*1.4/3=1527.2 кг. По табл. 49 [2] принимаем петли Ǿ 16 А-I с несущей способностью 2000кг.

Марка стали петли при t_н 2 /2=8337,6*0,365 2 /2=555,39 Н*м=0,555 кН*м

ά_m =0,00123 2 =0,068 см 2

M₁=q*l 2 /8=8337,6*5,55 2 /8=32,10 кН*м 2 > 0,068 см 2

В нижней полке установлено 6 Ǿ 10 А-IV.

Условие прочности на монтажные и транспортные нагрузки, при принятом армировании плиты выполняется.

Толщина кирпичной стены: наружной, внутренней, несущей

Где применяется

Такой материал обладает большим количеством достоинств по сравнению с остальными, применяемыми для строительства стен. К таковым преимуществам относят незначительную теплопроводимость и надлежащую прочность. Однако подобные характеристики будут утрачены, когда у стены отсутствует необходимая для эксплуатации толщина.

Толщина стены в 1 кирпич является ключевым показателем, оказывающим влияние на прочность выстраиваемой конструкции, а также на другие характеристики строения (функциональность, тепло- и виброизоляция, шумоизоляция).

При надобности возможно с помощью определенных расчетов выяснить, какую необходимо выбрать толщину для стены из кирпича.

Надлежащим образом произведенная кладка кирпича сможет гарантировать сроки эксплуатации строения больше 100 лет. Чтобы построить 1-этажные либо 2-этажные здания, используют дырчатый либо полнотелый кирпич с утеплением.

Как за каменной стеной, или все о несущих стенах

28.02.13
Начнем с того, что стены являются главной структурной частью здания и представляют собой вертикальные ограждения, отделяющие помещение от внешней среды или от другого помещения. В зависимости от восприятия нагрузок стены подразделяются на несущие, самонесущие и ненесущие. Несущая стена дома призвана принимать на себя нагрузку, идущую от других конструктивных частей здания – перекрытий и крыш, и передавать ее вместе с собственным весом фундаменту. Самонесущие стены несут только свой вес, опираясь при этом на фундамент строения, а ненесущие стены представляют собой перегородки, которые несут свой вес, но при этом опираться могут на самые различные элементы строения.

В современном строительстве различают два вида несущих стен: внутренние и внешние. По толщине внутренние несущие стены меньше внешних. Кроме того, меньшего размера делается и фундамент под внутренние несущие стены.

Основная функция, которую выполняют внутренние стены – удерживание нагрузки от конструкции, а также внутренней массы (мебели, людей, оборудования) и нагрузки от внешнего воздействия (ветра, снега). При этом внутренние стены еще и связывают между собой несущие наружные стены. В связи со спецификой своего размещения несущие внутренние стены не участвуют в процессе теплообмена. Внешние стены или фасадные, являются визитной карточкой дома. Их основная функция – изоляция здания от внешних факторов: холода, ветра и осадков. Фасады могут иметь проемы в несущих стенах в виде окон и дверей. При этом проемы под окна изготавливаются отдельно для каждого этажа в один ряд. Часть стены между проемами в этом случае называется простенком. Во внутренних стенах проем в несущей стене под окна отсутствует, может лишь быть дверной проем в несущей стене. Кроме того, есть несущие стены, которые не имеют никаких проемов. Их называют глухими.

Несущие стены в составе остова

Следует отметить, что несущие стены входят в состав несущего остова, который представляет собой единую систему конструктивных элементов: стены, колонны, фундаменты, балки и перекрытия дома. Эта система обеспечивает прочность, жесткость и устойчивость строения. Прочность несущего остова – это его способность сопротивляться воздействию действующих на него различных нагрузок, не разрушаясь и не получая критических прогибов и деформаций. Жесткость остова — способность не менять форму под действием таких нагрузок, а устойчивость – это сопротивляемость опрокидыванию или сдвигу. Каждая конструкция остова выполняет свою отдельную функцию, иногда даже не одну, но все они взаимосвязаны и работают как единый «скелет» дома.

В зависимости от различных факторов применяют различные виды остовов. Необходимо учитывать назначение помещений и дома в целом. То есть, если предполагается строить дом со свободной планировкой, лучше использовать каркасный остов. Для стандартного коттеджа с заранее спроектированными комнатами больше подойдет бескаркасный остов с разграничением стен. Кроме того, нужно учитывать и архитектурные особенности будущего здания. Так, дом в стиле «хай тек» лучше и легче выполнить в каркасном несущем остове, а в «русском стиле» – в бескаркасном. Выбор того или иного типа остова также влияет и на экономический аспект. Поэтому при проектировании нужно рассчитать стоимость и сроки строительства с разными видами остовов. Также выбор зависит и от того, какие материалы планируется использовать при строительстве. Например, если дом спроектирован с бескаркасным несущим остовом, то построить стены из пеноблока без дополнительных конструктивных решений (монолитных поясов, армированных сеток) невозможно.

Самый распространенный вид несущих остовов в коттеджном строительстве – бескаркасный. Также применяют каркасный и комбинированный. Но мы остановимся на бескаркасном, так как при его использовании основную функцию выполняют именно несущие стены.

Этот тип остова считается самым простым в строительстве частных домов. В данном случае несущий остов образуется из массивных продольных и поперечных стен, связанных с фундаментом, перекрытий (балочные или плитные), уложенных на стены, лестниц (они придают жесткость остову по вертикали и горизонтали). Можно сказать, что в этом варианте несущий остов будет представлен в виде жесткой и устойчивой коробки, состоящей из связанных стен и перекрытий. Нижняя часть стен обычно более массивна, чем стены верхних этажей, из-за того что она должна воспринимать вес вышележащих перекрытий и стен. К примеру, цокольный этаж коттеджа может быть выполнен из керамического кирпича толщиной 510 мм, а второй этаж может иметь более тонкие стены – в 380 мм. Таким образом, стены должны играть роль несущей конструкции и теплоизолирующей, ограждающей.

При использовании бескаркасного остова стены могут быть выполнены из кирпича, железобетонных блоков, блоков из легких бетонов, камня, дерева и так далее. Толщина несущих стен в зависимости от материала может быть от 250 мм до 700 мм. Толщина ненесущих стен и перегородок – от 100 мм. Плиты перекрытия обычно делают сборными или монолитными, толщиной от 150 мм.

Бескаркасный несущий остов может быть трех видов: с продольными несущими стенами, поперечными, либо и с теми, и с другими одновременно.

В первом случае основой остова выступают несущие стены, которые располагаются вдоль длинной стороны дома, перекрытия укладываются поперек дома, то есть перпендикулярно стенам. Устойчивость и жесткость таких зданий обеспечивается за счет лестничных маршей, торцевых и поперечных стен, перекрытия выполняют роль жесткой горизонтальной диафрагмы. Шаг продольных стен в таких домах обычно равен длине плиты перекрытия (4,2 м; 5,4 м; 6 м). Такой тип остова применяют в домах, имеющих вытянутую форму.

При использовании поперечных несущих стен, они располагаются вдоль меньшей стороны дома, и перекрытия укладываются на них. Стены вдоль длинной стороны дома можно делать ненесущими или самонесущими, но при этом они должны быть теплоизолирующими. Остов с поперечными несущими стенами обладает по сравнению с несущим остовом с продольными несущими стенами большей поперечной жесткостью и устойчивостью. Минус такой системы в том, что невозможно варьировать ширину жилых помещений, которая окончательно будет ограничена поперечными несущими стенами.

В строительстве и с продольными, и с поперечными несущими стенами остов представляет собой комбинацию из этих несущих стен. В этом случае перекрытия укладываются и в продольном, и в поперечном направлениях. Такие схемы применимы для коттеджей, в которых архитектурную форму тяжело решить при помощи только продольных или только поперечных несущих стен. То есть, когда коттедж имеет необычную форму в плане и сложно решить пространство исключительно продольными или поперечными стенами. Жесткость и устойчивость несущего остова в таких домах обеспечиваются за счет взаимосвязи стен и перекрытий, лестничных маршей, выполненных из монолитного железобетона или металла и жестко связанных с несущими элементами остова.

Виды стен по роду материала

Как уже говорилось выше, стены могут быть выполнены из различных материалов. При этом выбор стенового материала зависит от финансовых возможностей заказчика и от проекта здания. Рассмотрим их подробнее.

Дерево

Дерево является традиционным материалом для стен малоэтажных зданий, из этого материала дома не строят выше двух этажей. Самыми комфортными по санитарно-гигиеническим требованиям являются брусчатые и рубленые стены из хвойных пород дерева. В качестве их недостатков стоит отметить осадочную деформацию в первые 1,5–2 года и невысокую огнестойкость.

Каркасные стены оправданы при наличии пиломатериалов и эффективных утеплителей. При этом каркасные стены не требуют массивных фундаментов, и, в отличие от рубленных, не дают постпостроечных деформаций. Огнестойкость и капитальность каркасных стен можно повысить, если облицовать их кирпичом. Чтобы деревянные стены служили долго, необходимо позаботиться и о качестве материала. Его уровень можно определить ударом обуха топора – чистый и ясный звук свидетельствует о хорошем качестве. По конструкции деревянные стены отапливаемых зданий подразделяют на рубленые из бревен или брусьев, каркасные, щитовые и каркасно-щитовые.

Рубленные бревенчатые стены представляют собой конструкцию из бревен, уложенных друг на друга горизонтальными рядами и связанных в углах врубками. Такие стены отличаются высокой прочностью и хорошими теплозащитными качествами, а также долговечностью при благоприятных условиях эксплуатации. Недостатком является тот факт, что обработка бревен и возведение стен – это трудоемкий процесс, требующий большого расхода древесины.

Брусчатые стены возводят из горизонтально уложенных брусьев. Их применение исключает ручную обработку бревен, рубку сопряжений углов, примыканий стен и дает возможность перейти к механизированной заготовке элементов стены. Эффективно защитить брусчатые стены от атмосферных воздействий можно с помощью обшивки досками или облицовки кирпичом. Это защитит стены от влаги, увеличит теплозащиту, уменьшит воздействие ветра. Кроме того, при кирпичной облицовке увеличивается огнестойкость.

Бревенчатые и брусчатые стены рекомендуется обшивать или облицовывать не ранее, чем через 1–1,5 года после возведения, после их полной осадки. Каркасные стены требуют меньшего количества древесины, чем бревенчатые или брусчатые стены, являются менее трудоемкими, следовательно, более экономичными. Основа каркасных стен представляет собой несущий деревянный каркас, обшитый с двух сторон листовыми или погонажными материалами. Каркасные стены, ввиду своей легкости, практически не подвержены усадке и это позволяет обшивать или облицовывать их сразу после постройки. Каркасные стены необходимо защищать от атмосферной влаги, выполняя внешнюю облицовку с перекрываемыми вертикальными и горизонтальными стыками и устраивая с выступающих элементов стен сливы. Защиту от водяных паров обеспечивают, устраивая пароизоляцию из синтетической пленки, пергамина или используя другие виды пароизоляции, укладывая их между внутренней обшивкой и утеплителем.

Помимо каркасных выделяют щитовые стены. Их отличие заключается в том, что основные их структурные части состоят из укрупненных элементов щитов, изготовленных, как правило, на заводе. Процесс возведения щитовых домов сводится к монтажу на месте постройки и отделочным работам. Это снижает трудоемкость работы. В щитовых деревянных домах основой стен является нижняя обвязка из деревянных антисептированных брусьев, укладываемых по цоколю здания и прикрепляемых к нему с помощью анкерных болтов. На обвязку устанавливают стеновые щиты. Сверху стеновые щиты скрепляют укладываемой на них верхней обвязкой, на которую опирается чердачное перекрытие. Стеновые щиты изготовляют внутренние и наружные, которые, в свою очередь, подразделяются на глухие, оконные и дверные. Высота щитов равна высоте этажа. Щиты состоят из брусчатой обвязки и обшивки, внутренней и наружной, между которой помещен утеплитель. При устройстве цокольного и карнизного узлов необходимо принять меры по защите их от промерзания путем устройства утепленного цоколя и утепленного фризового пояса у карниза, а также от увлажнения парообразной влагой внутреннего воздуха, устраивая с этой целью пароизоляцию. Под цокольным перекрытием подполье утепленным не делают. Подполье должно быть холодным и хорошо проветриваемым, а конструкция перекрытия над подпольем и особенно цокольного узла должна иметь надежное утепление и пароизоляцию, уложенную сверху под конструкцией чистого пола. Для защиты от промерзания на уровне перекрытия снаружи устраивают утепленный пояс.

Камень

По конструкции и способу возведения каменные стены подразделяются на кладки (из мелких или крупных камней), монолитные и крупнопанельные. Кладкой называют конструкцию, которую выполняют из отдельных камней, швы между которыми заполняют строительными растворами.

Для правильной работы конструкции стена из отдельных камней должна отвечать жестким требованиям. Во-первых, камни в стене должны располагаться горизонтальными рядами, то есть перпендикулярно основным действующим усилиям. Во-вторых, камни в рядах должны отделяться вертикальными швами — продольными и поперечными. Вертикальные швы в смежных по высоте рядах не должны совпадать. Такая раскладка камней носит название перевязки швов. Это обеспечивает совместную работу камней в стене и равномерное распределение нагрузки. Поперечная перевязка в уровне одного ряда устраивается при помощи камней, уложенных длинной стороной поперек стены (тычками), а продольная перевязка — при помощи камней, уложенных вдоль стены (ложками), в некоторых видах кладки — и тычками. Растворы для заполнения швов применяются известковые или сложные (цементно-известковые), а для цокольных и подвальных стен — цементные. Каменная кладка выполняется из мелких или крупных камней. Из мелких камней — преимущественно ручная кладка, из крупных — кладка индустриального производства с использованием различных механизмов и в первую очередь подъемных кранов. На сегодня популярность получают монолитные стены из бетона. Бетон укладывается в форму, образуемую опалубкой. Этот метод весьма индустриален, что определяется видами опалубки (скользящая, переставная, передвижная и т. п.).

Крупнопанельными называются стены, монтируемые из крупноразмерных плит-панелей заводского изготовления. Этот вид стен наиболее прогрессивен.

Кирпич

Напоследок рассмотрим один из самых распространенных в строительстве материалов – кирпич. Кирпичные стены выполняются из глиняного (красного) или силикатного кирпича. Широко применяется многодырчатый глиняный кирпич, толщина которого 138 мм при массе одного камня 4 кг. Силикатный кирпич экономичнее глиняного, так как все процессы его изготовления механизированы. В сухих условиях силикатный кирпич применяется для стен зданий наряду с обыкновенным глиняным. Не рекомендуется употреблять силикатный кирпич для кладки цокольной и подземной части зданий, так как в грунтовых водах, содержащих углекислоту, силикатный кирпич недолговечен.

По своей конструктивной взаимосвязи кирпичные стены делятся на сплошные (однородные) и облегченные (слоистые). Первые изготавливают из полнотелого, пустотелого или легкого (пористого) кирпича. Облегченные включают в себя по толщине, кроме кирпичных, слои из других, менее теплопроводных материалов. Сплошные стены из полнотелого глиняного или силикатного кирпича обладают большой прочностью, но одновременно и высокой теплопроводностью, то есть низкими теплозащитными качествами. Именно поэтому толщина таких стен назначается по теплотехническому расчету, однако в этом случае они обладают излишней прочностью. Сплошная кладка целесообразна для устройства цокольного и первого этажа зданий, а для верхних этажей многоэтажных зданий следует применять облегченную кладку.

В современном массовом строительстве применяют две системы кладки стен из кирпича: цепную и многорядную. В первом случае каждый ложковый ряд кладки чередуется с одним тычковым. Такую кладку часто называют двухрядной. При многорядной (ложковой) перевязке несколько ложковых рядов перекрываются одним тычковым. Такие кладки бывают шестирядные (из обычного кирпича) и пятирядные (из эффективного кирпича).

Важно помнить

Возведение стен – важный этап строительных работ, так как стены выполняют важные функции защиты от неблагоприятного воздействия внешней среды и теплоизоляции здания, а также определяют его внешний вид. Необходимо правильно учесть назначение помещений и в связи с этим спроектировать здание, грамотно подбирая материалы. И последнее, но не менее важное, – перейдя к строительству стен, помните о соблюдении нормативов огнестойкости, пожаробезопасности, чтобы дом стал действительно прочным, теплым и долговечным.

Плюсы и минусы

Достоинства кладки толщиной в 1 кирпич:

• Такая стена отличается достаточной прочностью, чтобы быть несущей в малоэтажных зданиях. Является самой популярной разновидностью во время возведения гаражей, дачных участков и садовых сезонных строений, летней кухни и хозпостроек.
• Ее используют как перегородки между квартирами в кирпичных, панельных либо монолитных строениях.
• Помогает обеспечить надлежащую шумоизоляцию.

Недостатки стены толщиной в один кирпич:

• Несущие способности подобной стены будут недостаточными, чтобы построить многоэтажные здания.
• По характеристикам теплоизоляции толщины стены в один кирпич будет мало, чтобы использовать в наружных стенах отапливаемого жилища.

В соответствии с новыми нормативами, которые введены в 2003 году, даже толщина в 2 кирпича уже не сможет обеспечить необходимой теплоизоляции.

Определение несущих стен по толщине

Второй способ узнать какая стена несущая, по её расположению и толщине.

Несущие стены в кирпичном доме

Толщина стен в кирпичных домах кратна размеру кирпича (120 мм), плюс толщина шва раствора (10 мм), если кладка не одна. Соответственно, кирпичные стены могут быть толщиной 120, 250, 380, 520, 640 мм и т.д.. В основном, в кирпичных жилых домах внутренние перегородки выполнены из кирпича или гипсобетонных панелей толщиной 80 или 120 мм. Межквартирные перегородки толщиной 250 мм из кирпича или 200 мм из двойных панелей с воздушным зазором. Несущие стены в кирпичном доме имеют толщину от 380 мм.

Большинство кирпичных домов построенные по типовым сериям – это так называемые “сталинки” и “хрущёвки”. Оба этих типа имеют схожие конструктивные решения и выполнены в виде трех продольных несущих и поперечных стен, которые, поддерживают продольные и, в основном, тоже являются несущими.

Также, несущими являются стены, на которые опираются междуэтажные плиты перекрытия (короткой стороной). Обычно это продольные несущие стены. Встречается вариант, когда плита перекрытия опирается на железобетонную балку прямоугольного сечения. Которая, в свою очередь, опирается на несущие стены или кирпичные столбы. Под балками, обычно, устанавливается межкомнатные или межквартирные перегородки.

Несущие стены в панельном доме

В панельных домах толщина внутренних перегородок колеблется от 80 мм до 120 мм, выполненных из гипсобетонных панелей. А, внутренние несущие стены, это железобетонные панели толщиной 140, 180 или 200 мм. Наружные несущие стены в панельном доме имеют толщину от 200 мм. Чаще всего это однослойные панели из керамзитобетона толщиной 300-350 мм или многослойные состоящие из двух железобетонных панелей толщиной от 60 мм (внешняя) и 80-100 мм (внутренняя), разделённые утеплителем. В итоге, несущие стены в панельном доме имеют толщину от 120 мм.

Несущие стены в монолитном доме

С несущими стенами в монолитном доме не всё однозначно. Определить их удается не всегда. К тому же, их может и не быть (например, в монолитно-каркасных зданиях). В жилых монолитных домах встречаются разнообразные конструкции. Такие как, монолитные несущие стены, колонны, пилоны, балки т.д.. Стандартная толщина стен и пилонов составляет 200, 250, 300 мм. Диаметр несущих колонн может быть более 300 мм. Толщина внутренних стен, сделанных, обычно, из газобетонных блоков, составляет от 200 мм. Таким образом, толщина не несущих перегородок составляет менее 200 мм. Но, обратное не обязательно верно для несущей стены. Так как, в монолитных домах перегородки могут быть толщиной более 200 мм (например, из пеноблоков).

Если любой из вышеперечисленных способов вызывает у вас затруднения, вам потребуется обратиться за помощью к специалистам проектных организаций для проведения инженерного обследования. Чаще всего это необходимо в случае нетиповой постройки, здания по индивидуальному проекту или старого здания.

Вычисление толщины

Когда требуется рассчитать толщину для возводимой стены из кирпича, нужно принять в расчет габариты изделия:

• ширина 12 см;
• длина 25 см;
• толщина 6,5 см.

Масса 1 куб. м кирпича равняется примерно 1,8 т. Во время осуществления расчетов требуется учитывать особенности климата конкретной местности, где осуществляются строительные работы. Например, когда в зимний период времени температурные показатели доходят до -25 градусов, ширина внешних стен рассчитывается в 51 либо 64 см.

При подобных особенностях строительных материалов нетрудно осуществить расчеты и установить возможный расход кирпича на строительство здания. Например, возведение запланировано сделать в местности, где большие морозы. Здание возводится без утепления. В такой ситуации толщина стен устраивается в 2 кирпича.

Зная параметры конструктивной составляющей строения, несложно вычислить площадь для каждой отдельной стены. Необходимо узнать площадь кирпича и подсчитать количество, требуемое для возведения стены с определенными параметрами. Количество, которое подсчитано для одной, умножается на массу 1 кирпича — получается масса стены.

Во время выбора толщины кирпичной стены необходимо учесть, что у подобного материала большая степень теплоинерционности.

Часто возникает вопрос, толщина стены в 1 кирпич это сколько. 1 куб. м кирпича обладает массой в 1800 кг. Когда взять массу стены Х, возможно произвести расчеты требуемого количества строительного материала (У): Х/1800=У (куб. м). Когда узнать стоимость кирпичей, а она различается с учетом поставщика, возможно без труда подсчитать общую сумму, которая будет потрачена на закупку строительного материала.

Подбор материала

На сегодняшний день производятся такие кирпичи, как одинарные, полуторные и двойные. Стандартный кирпич имеет размер равный 0,25 × 0,12 × 0,65 м. Этот стандарт был утвержден еще в 1925 году. Немного позже были утверждены стандарты для полуторного и двойного кирпича, соответственно, 0,25 × 0,12 × 0,88 м и 0,25 × 0,12 × 0,138 м. При этом считается, что последние виды кирпича считаются более экономичными.

Статья по теме: Как повесить пазл на стену без рамки

Как показывает практика, для конструкции несущего типа выгоднее применять кладку в 2,5 кирпича. При этом облицовка должна быть выполнена одинарным методом, так как она выглядит более эстетично. Если при таком виде кладки использовать только одинарный кирпич, то стоимость такого материала станет на тридцать процентов больше.

Одной из самых важных характеристик кирпича считается его теплопроводность. Хоть кирпич и считается достаточно теплопроводным, но он уступает в этом показателе таким материалам, как дерево и пенобетон.

Эту важную характеристику можно существенно повысить, используя для облицовки пустотелые материалы. Очень важно знать, что такие материалы нельзя полностью использовать для возведения конструкций несущего характера, так как его прочность существенно меньше чем у цельного.

Помимо этого, такой тип материала категорически нельзя использовать при возведении фундаментов и оснований зданий.

Материалы и приспособления

До того, как начать работы по монтажу стен с толщиной 1 кирпич, потребуется приготовить следующие инструменты:

• кирпич;
• стройуровень;
• отвес;
• раствор;
• капроновый шнурок, протяженность которого превышает длину стены на 0,4 м;
• мастерок;
• устройство для резки кирпичей;
• порядовка;
• расшивка.

Полногеномное ассоциативное исследование анализирует генетическую архитектуру, лежащую в основе продольного веса яиц у кур

% PDF-1.6 % 178 0 объект > эндобдж xref 178 183 0000000016 00000 н. 0000004870 00000 н. 0000005008 00000 н. 0000005284 00000 н. 0000005413 00000 н. 0000005446 00000 н. 0000005637 00000 н. 0000005827 00000 н. 0000006018 00000 н. 0000006208 00000 н. 0000006398 00000 п. 0000006589 00000 н. 0000006923 00000 п. 0000006958 00000 п. 0000007796 00000 н. 0000008143 00000 н. 0000008491 00000 п. 0000008606 00000 н. 0000009030 00000 н. 0000009533 00000 п. 0000009783 00000 н. 0000010027 00000 п. 0000010072 00000 п. 0000010150 00000 п. 0000011163 00000 п. 0000011980 00000 п. 0000012859 00000 п. 0000013805 00000 п. 0000014785 00000 п. 0000015621 00000 п. 0000015658 00000 п. 0000016558 00000 п. 0000017464 00000 п. 0000020158 00000 п. 0000020184 00000 п. 0000020256 00000 п. 0000020368 00000 п. 0000020461 00000 п. 0000020502 00000 п. 0000020606 00000 п. 0000020647 00000 н. 0000020783 00000 п. 0000020872 00000 п. 0000020913 00000 п. 0000021051 00000 п. 0000021209 00000 п. 0000021317 00000 п. 0000021358 00000 п. 0000021496 00000 п. 0000021630 00000 н. 0000021732 00000 п. 0000021773 00000 п. 0000021878 00000 п. 0000021919 00000 п. 0000022037 00000 п. 0000022078 00000 п. 0000022183 00000 п. 0000022224 00000 п. 0000022274 00000 п. 0000022326 00000 п. 0000022376 00000 п. 0000022426 00000 п. 0000022467 00000 п. 0000022517 00000 п. 0000022558 00000 н. 0000022674 00000 п. 0000022715 00000 п. 0000022854 00000 п. 0000022895 00000 п. 0000023009 00000 п. 0000023050 00000 п. 0000023162 00000 п. 0000023203 00000 п. 0000023327 00000 п. 0000023368 00000 н. 0000023498 00000 п. 0000023539 00000 п. 0000023672 00000 п. 0000023713 00000 п. 0000023814 00000 п. 0000023855 00000 п. 0000023961 00000 п. 0000024002 00000 п. 0000024096 00000 п. 0000024137 00000 п. 0000024244 00000 п. 0000024285 00000 п. 0000024403 00000 п. 0000024444 00000 п. 0000024550 00000 п. 0000024591 00000 п. 0000024722 00000 п. 0000024763 00000 п. 0000024873 00000 п. 0000024914 00000 п. 0000025045 00000 п. 0000025086 00000 п. 0000025186 00000 п. 0000025227 00000 п. 0000025278 00000 п. 0000025329 00000 п. 0000025379 00000 п. 0000025429 00000 п. 0000025479 00000 п. 0000025529 00000 п. 0000025580 00000 п. 0000025630 00000 п. 0000025681 00000 п. 0000025732 00000 п. 0000025784 00000 п. 0000025835 00000 п. 0000025886 00000 п. 0000025938 00000 п. 0000025989 00000 п. 0000026040 00000 п. 0000026091 00000 п. 0000026142 00000 п. 0000026193 00000 п. 0000026234 00000 п. 0000026284 00000 п. 0000026325 00000 п. 0000026438 00000 п. 0000026479 00000 п. 0000026618 00000 п. 0000026659 00000 п. 0000026784 00000 п. 0000026825 00000 п. 0000026937 00000 п. 0000026978 00000 п. 0000027100 00000 н. 0000027141 00000 п. 0000027300 00000 п. 0000027341 00000 п. 0000027473 00000 п. 0000027514 00000 п. 0000027615 00000 п. 0000027656 00000 п. 0000027770 00000 п. 0000027811 00000 н. 0000027915 00000 н. 0000027956 00000 н. 0000028066 00000 п. 0000028107 00000 п. 0000028226 00000 п. 0000028267 00000 п. 0000028399 00000 п. 0000028440 00000 п. 0000028596 00000 п. 0000028637 00000 п. 0000028765 00000 п. 0000028806 00000 п. 0000028935 00000 п. 0000028976 00000 п. 0000029087 00000 п. 0000029128 00000 п. 0000029261 00000 п. 0000029302 00000 п. 0000029351 00000 п. 0000029402 00000 п. 0000029454 00000 п. 0000029505 00000 п. 0000029557 00000 п. 0000029606 00000 п. 0000029655 00000 п. 0000029704 00000 п. 0000029753 00000 п. 0000029803 00000 п. 0000029853 00000 п. 0000029904 00000 п. 0000029954 00000 н. 0000030004 00000 п. 0000030054 00000 п. 0000030104 00000 п. 0000030155 00000 п. 0000030206 00000 п. 0000030256 00000 п. 0000030322 00000 п. 0000030363 00000 п. 0000030412 00000 п. 0000030465 00000 п. 0000030516 00000 п. 0000030557 00000 п. 0000004040 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 360 0 объект > поток 2 | fAqP (@ [Yd’d59E $ O = [7uyMgX} s 炕%: ER «’15 ʾ} pA + C7> dO5 \ P‹ u 敗 4zbOS [! qh [eJqf

Frontiers | R * -Grove: сбалансированное пространственное разбиение для крупномасштабных наборов данных

1.Введение

В последние несколько лет наблюдался быстрый рост больших пространственных данных, собираемых различными приложениями, такими как спутниковые изображения (Eldawy et al., 2015b), социальные сети (Magdy et al., 2014), смартфоны (Henke et al., 2016 ) и ВГИ (Goodchild, 2007). Традиционная технология пространственных СУБД не могла масштабироваться до этих петабайт данных, что привело к рождению многих систем управления большими пространственными данными, таких как SpatialHadoop (Eldawy and Mokbel, 2015), GeoSpark (Yu et al., 2015), Simba (Xie et al. al., 2016), LocationSpark (Tang et al., 2016) и Sphinx (Eldawy et al., 2017), и это лишь некоторые из них.

Независимо от их архитектуры, все эти системы нуждаются в важном предварительном шаге, который разделяет данные между машинами, прежде чем выполнение можно будет распараллелить. Это также известно как глобальная индексация (Eldawy and Mokbel, 2016). Распространенным методом, впервые представленным в SpatialHadoop (Eldawy and Mokbel, 2015), является секционер STR на основе выборки. Этот метод выбирает небольшую выборку входных данных для определения ее распределения, упаковывает эту выборку с использованием алгоритма упаковки STR (Leutenegger et al., 1997), а затем использует границы конечных узлов для разделения всех данных. На рисунке 1A показан пример разбиения на основе STR, где каждый раздел данных изображен прямоугольником. Позднее этот метод был обобщен путем замены алгоритма массовой загрузки STR другими пространственными индексами, такими как Quad-tree (Samet, 1984), Kd-Tree и Hilbert R-tree (Kamel and Faloutsos, 1994; Eldawy et al., 2015a). . Такое разбиение на основе STR было очень привлекательным благодаря своей простоте и хорошей балансировке нагрузки, что очень важно для распределенных приложений.Его простота побудила многих других исследователей использовать его в своих системах, таких как GeoSpark (Yu et al., 2015) и Simba (Xie et al., 2016) для распределенной обработки в памяти; Sphinx (Eldawy et al., 2017) для обработки больших пространственных данных SQL; HadoopViz (Eldawy et al., 2016; Ghosh et al., 2019) для масштабируемой визуализации больших пространственных данных; и в распределенном пространственном объединении (Sabek and Mokbel, 2017).

Рисунок 1 . Сравнение STR и R * -Grove. (A) Разделение на основе STR (Eldawy and Mokbel, 2015).Все тонкие и широкие разделы снижают эффективность запросов. (B) Предлагаемый метод R * -Грова с квадратными и сбалансированными перегородками.

Несмотря на их широкое использование, все существующие методы разделения страдают одним или несколькими из следующих трех ограничений. Во-первых, некоторые методы разделения (STR, Kd-tree) отдают предпочтение балансировке нагрузки над пространственным качеством, что приводит к неоптимальным разделам. Это видно на рисунке 1A, где тонкие и широкие разделы приводят к низкому общему качеству разделов, поскольку квадратные разделы предпочтительны для большинства пространственных запросов.Квадратные разделы предпочтительнее при индексировании, потому что они указывают на то, что индекс не смещен в сторону одного измерения. Кроме того, поскольку большинство запросов имеют форму квадрата или круга, квадратные разделы минимизируют перекрытие с запросами (Beckmann et al., 1990). Во-вторых, они могут создавать разделы, которые не заполняют блоки HDFS, в которых они хранятся. Системы больших данных оптимизированы для обработки полных блоков, то есть 128 МБ, чтобы компенсировать фиксированные накладные расходы при обработке каждого блока. Однако структуры индекса, используемые в существующих методах разделения, например.g., R-деревья, Kd-дерево, Quad-дерево, создают узлы с числом записей в диапазоне [ m, M ], где m ≤ M /2. На практике м может составлять всего 0,2 M (Beckmann et al., 1990; Beckmann and Seeger, 2009). Хотя эти недоиспользуемые узлы индекса были желательны для индексации диска, поскольку они могут приспособиться к будущим вставкам, они приводят к недоиспользованию блоков, как показано на рисунке 1A, где все блоки заполнены <80%. Более того, такая конструкция может также привести к плохой балансировке нагрузки между разделами из-за большого диапазона размеров разделов.В-третьих, все существующие методы разделения основаны на выборке и пытаются сбалансировать количество записей на раздел. Это похоже на традиционные индексы, в которых индекс содержит идентификаторы записей. Однако при разделении больших пространственных данных в каждый раздел записывается вся запись, а не только его идентификатор. Когда записи сильно различаются по размеру, все существующие методы заканчиваются чрезвычайно несбалансированными разделами.

В этой статье предлагается новый метод пространственного разделения для больших данных, названный R * -Grove, который полностью устраняет все три вышеупомянутых ограничения.Во-первых, он создает высококачественные разделы за счет использования методов оптимизации R * -дерева (Beckmann et al., 1990), которые направлены на минимизацию общей площади, площади перекрытия и полей. Ключевая идея метода разделения R * -Grove состоит в том, чтобы начать с одного раздела, который содержит все точки выборки, а затем использовать алгоритм разделения узлов R * -дерева, чтобы разделить его на более мелкие разделы. В результате получаются компактные квадратные перегородки, как показано на рисунке 1B. Во-вторых, чтобы гарантировать, что мы производим полные блоки и сбалансированные разделы, R * -Grove вводит новое ограничение, которое устанавливает нижнюю границу отношения между наименьшим и наибольшим блоком, e.г., 95%. Это свойство доказано теоретически и практически подтверждено нашими экспериментами. В-третьих, когда входные записи имеют переменные размеры, R * -Grove объединяет гистограмму размера данных с точками выборки, чтобы назначить вес для каждой точки выборки. Эти веса используются, чтобы гарантировать, что размер каждого раздела попадает в определенный пользователем диапазон.

Учитывая широкое распространение предыдущего модуля разделения на основе STR, мы полагаем, что предложенная R * -Grove будет широко использоваться в системах больших пространственных данных.Это влияет на широкий спектр алгоритмов пространственной аналитики и обработки, включая индексирование (Vo et al., 2014; Eldawy et al., 2015a), запросы диапазона (Eldawy and Mokbel, 2015; Yu et al., 2015), запросы kNN (Eldawy and Mokbel, 2015), визуализация (Eldawy et al., 2016; Ghosh et al., 2019), пространственное объединение (Jacox, Samet, 2007) и вычислительная геометрия (Eldawy et al., 2013; Li et al., 2019). ). Вся работа, предложенная в этой статье, общедоступна в виде открытого исходного кода и поддерживает как Apache Spark, так и Apache Hadoop.Мы проводим обширную экспериментальную оценку до 500 ГБ и 7 миллиардов наборов данных и до девяти измерений. Эксперименты показывают, что R * -Grove последовательно превосходит существующие методы на основе STR, Z-кривой, на основе кривой Гильберта и Kd-дерева как по качеству разделов, так и по эффективности запросов.

Остальная часть этого документа организована следующим образом. Раздел 2 описывает связанные работы. Раздел 3 дает представление о разделении больших пространственных данных. Раздел 4 описывает предлагаемую технику R * -Grove.В разделе 5 описаны преимущества R * -Grove в популярных тематических исследованиях систем больших пространственных данных. В разделе 6 дается всесторонняя экспериментальная оценка предложенной работы. Наконец, раздел 7 завершает статью.

2. Сопутствующие работы

В этом разделе обсуждается соответствующая работа по разделению больших пространственных данных. Как правило, распределенные индексы для больших пространственных данных строятся на двух уровнях: один глобальный индекс, который разделяет данные по машинам, и несколько локальных индексов, которые организуют записи в каждом разделе.Предыдущая работа (Lu et al., 2014; Eldawy and Mokbel, 2015, 2016) показала, что глобальный индекс обеспечивает гораздо большее улучшение, чем местные индексы. Поэтому в этой статье мы фокусируемся на глобальной индексации, и ее можно легко комбинировать с любым из существующих локальных индексов. Работу по глобальной индексации можно в общих чертах разделить на три подхода, а именно: методы на основе выборки, методы на основе кривой заполнения пространства (SFC) и методы на основе дерева квадратов.

Метод на основе выборки выбирает небольшую выборку из входных данных, чтобы сделать вывод о ее распределении.Образец загружается в структуру индекса в памяти при настройке емкости страницы данных, например емкости конечного узла, так, чтобы количество страниц данных было примерно равно желаемому количеству разделов. Порядок объектов выборки не влияет на качество разделения, поскольку выборка равномерно берется из всего входного набора данных. Более того, большинство алгоритмов сортируют данные как часть процесса разделения, поэтому исходный порядок полностью теряется. Некоторые алгоритмы массовой загрузки R-дерева (STR Leutenegger et al., 1997 или OMT Lee and Lee, 2003) также можно использовать для ускорения времени построения дерева. Затем минимальные ограничивающие прямоугольники (MBR) страниц данных используются для разделения всего набора данных. Первоначально этот метод был предложен для пространственного объединения и обозначен как засеянное дерево (Lo and Ravishankar, 1994). Затем он использовался для большой пространственной индексации во многих системах, включая SpatialHadoop (Eldawy and Mokbel, 2015; Eldawy et al., 2015a), Scala-GiST (Lu et al., 2014), GeoSpark (Yu et al., 2015), Сфинкс (Eldawy et al., 2017), Simba (Xie et al., 2016) и многие другие системы. Этот метод можно использовать с существующими индексами R-tree, но он страдает двумя ограничениями: дисбалансом нагрузки и низким качеством пространственных разделов. Кроме того, когда существует большая разница в размерах записей, дисбаланс нагрузки еще больше усиливается из-за использования сэмпла. Мы обсудим эти ограничения более подробно в разделе 4.

Метод на основе SFC строит пространственный индекс поверх существующего одномерного индекса, применяя любую кривую заполнения пространства, например.g., Z-кривая или кривая Гильберта. MD-HBase (Nishimura et al., 2013) строит индексы типа Kd-tree и Quad-tree поверх HBase, применяя Z-кривую к входным данным и настраивая метод разделения регионов в HBase с учетом структуры. обоих индексов. GeoMesa (Fox et al., 2013) использует геохеширование, которое также основано на Z-кривой, для построения пространственно-временных индексов поверх Accumulo. В отличие от MD-HBase, который поддерживает только точечные данные, GeoMesa может поддерживать прямоугольную или многоугольную геометрию, реплицируя запись во все перекрывающиеся сегменты геохеша.Хотя этот метод может обеспечить почти идеальную балансировку нагрузки, он обеспечивает еще большее пространственное перекрытие между разделами по сравнению с подходом на основе выборки, описанным выше. Этот недостаток приводит к неэффективному выполнению пространственных запросов.

Метод на основе дерева квадратов в значительной степени опирается на структуру дерева квадратов для построения эффективного и масштабируемого индекса дерева квадратов в Hadoop (Whitman et al., 2014). Он начинается с разделения входных данных на части одинакового размера и построения частичного дерева квадратов для каждого разбиения.Затем он объединяет листовые узлы частичных деревьев на основе структуры Quad-tree, чтобы объединить их в окончательное дерево. Несмотря на высокую эффективность, этот метод не может быть обобщен на другие пространственные индексы и тесно связан со структурой Quad-tree. Кроме того, такое разбиение на основе четырехугольного дерева имеет тенденцию производить гораздо большее количество разделов, чем требуется, что также приводит к дисбалансу нагрузки.

Хотя существует несколько методов разделения для крупномасштабных пространственных данных, как упоминалось выше, метод на основе выборки является наиболее распространенным вариантом, который интегрирован в большинство существующих систем пространственных данных.Предпочтительны методы, основанные на выборке, поскольку они просты в применении и дают очень хорошие результаты. В этой статье мы следуем подходу, основанному на выборке, и предлагаем метод, который использует преимущества R * -дерева, которые никогда ранее не использовались для разделения больших пространственных данных. Предложенный индекс R * -Grove имеет три преимущества по сравнению с существующими работами. Во-первых, он наследует и улучшает структуру индекса R * -дерева для создания высококачественных разделов, адаптированных к большим пространственным данным. Во-вторых, улучшенный алгоритм создает сбалансированные разделы, используя определяемый пользователем параметр, называемый коэффициентом баланса , , α, e.г., 95%. Кроме того, он может создавать пространственно непересекающиеся разделы, которые необходимы для некоторых алгоритмов пространственного анализа. В-третьих, R * -Grove может объединить выборку с гистограммой размера данных, чтобы гарантировать желаемый баланс нагрузки, даже если размеры входных записей сильно различаются. Хотя R * -Grove — не единственная платформа для большого пространственного разделения, это первая платформа, адаптированная для крупномасштабных наборов пространственных данных, в то время как существующие методы повторно используют традиционные структуры индекса, такие как R-tree, STR или Quad-tree, как черные ящики.

3. Справочная информация

3.1. R * -Дерево

R * -дерево (Beckmann et al., 1990) принадлежит к семейству R-деревьев (Guttman, 1984) и улучшает алгоритм вставки для обеспечения индекса высокого качества. В R-дереве количество дочерних элементов в каждом узле должно быть в диапазоне [ m, M ]. По конструкции м может быть не более ⌊ M / 2⌋, чтобы обеспечить возможность разделения узла размером M + 1. В этой статье мы используем и улучшаем две основные функции индекса R *-дерева, а именно CHOOSESUBTREE и SPLITNODE , которые обе используются в процессе вставки.Для метода CHOOSESUBTREE , учитывая MBR записи и узел дерева, он выбирает лучшее поддерево для назначения этой записи. Метод SPLITNODE берет узел переполнения с M + 1 записями и разбивает его на два узла.

3.2. Рабочий процесс секционирования на основе выборки

В этом разделе дается общая информация о методе разбиения на основе выборки (Vo et al., 2014; Eldawy and Mokbel, 2015; Eldawy et al., 2015a), а в дальнейшем просто разбиение, на которое опирается данная статья.На рисунке 2 показан рабочий процесс для алгоритма разделения, который состоит из трех этапов, а именно: выборка, вычисление границ и разделение. На этапе выборки (фаза 1) отбирается случайная выборка входных записей и каждая из них преобразуется в точку. Обратите внимание, что точки выборки выбираются из всего файла без определенного порядка, поэтому порядок точек не влияет на следующие шаги. Фаза вычисления границ (фаза 2) выполняется на одной машине и обрабатывает образец для создания границ раздела в виде набора прямоугольников.Учитывая образец S , размер входных данных D и желаемый размер раздела B , на этой фазе емкость каждого раздела настраивается таким образом, чтобы он содержал M = ⌈ | S | · B / D ⌉ точек выборки, которые, как ожидается, будут создавать окончательные разделы размером в один блок каждый. Заключительный этап разделения (этап 3) сканирует все входные данные параллельно и назначает каждую запись этим разделам на основе MBR записи и границ раздела.Если каждая запись назначена ровно одному разделу, разделы будут пространственно перекрываться без репликации данных. Если каждая запись назначается всем перекрывающимся разделам, разделы будут пространственно непересекающимися, но некоторые записи могут быть реплицированы, и при обработке запроса потребуется дублирующая обработка (Dittrich and Seeger, 2000). Некоторые алгоритмы могут работать только в том случае, если разделы пространственно не пересекаются, например, визуализация (Eldawy et al., 2016) и некоторые функции вычислительной геометрии (Li et al., 2019).

Рисунок 2 . Процесс разбиения на основе выборки.

Предлагаемый метод R * -Grove расширяет Фазу 1 за счет необязательного построения гистограммы размера хранилища, которая помогает в алгоритме разделения на Фазе 2. На Фазе 2 он адаптирует алгоритмы на основе R * -дерева для создания границ раздела с желаемым уровнем. баланса нагрузки. На этапе 3 мы предлагаем новую структуру данных, которая улучшает производительность этого этапа и позволяет нам при необходимости создавать пространственно непересекающиеся разделы.

3.3. Показатели качества

В этом документе используются показатели качества, определенные в Eldawy et al. (2015a). Ниже мы переопределяем эти метрики, учитывая случай разделов, охватывающих несколько блоков HDFS. Одиночный раздел π _i определяется двумя параметрами: минимальным ограничивающим прямоугольником mbb _i и размером в байтах размером _i . Учитывая размер блока HDFS B , например 128 МБ, мы определяем количество блоков для раздела π _i как b _i = ⌈ size _i / B ⌉.Для набора данных, который разделен на набор из 90 487 l 90 488 разделов, P = {πi}, мы определяем пять показателей качества следующим образом.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1 (Общий объем — Q ₁ ). Общий объем — это сумма объемов всех перегородок, где объем перегородки равен произведению длин сторон .