В этой статье мы расскажем о разных видах армирования конструкций и откроем некоторые секреты профессии арматурщика. Также будут приведены упрощённые расчёты, описания документации, схемы армирования. В статье вы найдёте практические советы и рекомендации по ведению арматурных работ.
Виды армирования
Армирование — неотъемлемая часть конструкции, материал которой предусматривает переход из жидкого состояния в твёрдое. Этот процесс называют схватыванием или твердением. По способам армирования различают:
- Дисперсное — добавление в жидкий раствор фибровых волокон или металлической стружки. Придаёт монолитному участку жёсткость и стойкость к истиранию. Применяют в устройстве полов, стяжек. Может применяться в комбинации со стержневым способом.
- Стержневое — в объём бетона или раствора включают систему стержней (сетку, каркас), которая распределяет нагрузку внутри конструкции. Применяют для несущих и отдельно стоящих элементов зданий.
- Слоевое (укрепление слоя) — в слой жидкого раствора или шпатлёвки включают сетку для придания стабильности отделочного слоя. Применяют при отделке и ремонте плоскостей.
В данной статье мы рассмотрим армирование конструкций при помощи каркаса и сеток.
Армирование конструкций
Отвердевший бетон выдерживает высокие нагрузки на сжатие — до 1000 кг/см 2 , но неустойчив на излом, разрыв и растяжение. При этом его производство — относительно недорогое.
Арматурный стержень воспринимает значительные нагрузки на растяжение, но неустойчив к сжатию и изгибу. К тому же стоимость производства высока, учитывая, что в неё входят расходы на добычу металла .
Поскольку любая несущая конструкция подвергается комбинированным нагрузкам, необходим материал, удовлетворяющий нескольким требованиям. Комбинация арматурных стержней и бетона даёт комбинацию их свойств. В результате получается железобетон, устойчивый к сжатию, изгибу и излому.
Поскольку все ж/б изделия условно подразделяются на заводские и местного производства, арматура работает в них по-разному. Большинство заводских изделий производится с использованием предварительно напряжённой арматуры. Перед укладкой бетона в форму стержни предварительно растягивают (напрягают) специальным устройством. После отвердения напряжение в стержнях остаётся — арматура как бы «поджимает» весь элемент вдоль них, что значительно улучшает механические свойства детали. Например, балка или плита с предварительно напряжённой арматурой выдерживает большие нагрузки (+ 40-60%) на изгиб, чем обычные.
В высотных зданиях арматурный каркас служит основой всей конструкции. Стержни переходят из одного элемента в другой, что делает их взаимосвязанными между собой и придаёт требуемую жёсткость каркасу здания. Этот эффект даёт возможность возводить небоскрёбы на относительно малой площади.
Армирование СНиП
При строительстве ответственных зданий и сооружений расчёт сечения и количества стержней — один из основных. Нормы армирования регламентируются документами — СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» и приложением к нему «Армирование элементов монолитных железобетонных зданий. Пособие по проектированию». В этих документах подробно описаны расчёты, допуски и требования к конструкциям, в которых применено армирование.
Условия эксплуатации и требования к самим стержням нормируются документом ГОСТ 10884-94 «Сталь для железобетонных конструкций» .
Глубокие расчёты необходимы при строительстве крупных и сложных объектов — высотных зданий, мостов, башен, плотин. Для расчёта армирования конструкций в частном строительстве достаточно придерживаться основных правил, которые актуальны для всех случаев применения арматуры.
Сортамент арматуры
Ещё одним полезным документом является сортамент. В нём приведены все возможные характеристики арматурных изделий — вес погонного метра и зависимость его от диаметра, площадь сечения стержня и марки стали и многие другие. Эти данные необходимы при более сложных расчётах — монолитных перекрытий, резервуаров или зданий, имеющих более 3-х этажей.
Класс арматуры
Как правило, в частном порядке используют самые распространённые марки и диаметры стержней. Условно этот набор можно назвать «оптимальным разрядом». В него входят стержни диаметром от 6 до 18 мм. Классы арматуры оптимального разряда по ГОСТ 5781:
- А1 (А240). Гладкий прут Ø 6-12 мм — в бухтах (бобинах, мотках), 12-40 мм — в прутах (круг).
- А2 (А300). Имеет винтовые рёбра. Диаметр 10-12 мм — в бухтах, 12-40 мм — в прутах.
- А3 (А400). Поперечные рёбра расходятся «ёлочкой» от продольного ребра. Ø 6-12 мм — в бухтах, 12-40 мм — прутах.
Другие марки встречаются редко — в основном на объектах с высокими требованиями, эти изделия изготавливают на заказ из более качественной стали.
Армирование бетона бывает только двух видов по конструкции — плоская сетка (может быть изогнута) или пространственный каркас. Сетку применяют для лежачих плит и стяжек, пространственный каркас — для объёмных элементов — балок, перемычек, армопояса , колонн, стен и др. При этом две сетки, устроенные на стабильном расстоянии друг от друга, уже представляют собой каркас (например, стеновой).
Расчёт армирования
Когда определена форма изделия (элемента) и его размер, дело остаётся за малым — определить диаметр и шаг ячейки каркаса. В строительстве с невысокими требованиями оптимально применить эффективную систему адаптированного расчёта. Принцип применения арматуры разного диаметра прост — чем больше нагрузки несёт элемент, тем толще необходимы стержни.
Показатели каркасов и сеток для разных конструкций:
| Наименование элемента | Марка арматуры | Диаметр стержня, мм | Шаг ячейки, мм | Примечание |
| Подбетонка, отмостка | А1, А2, А3 | 8 | 150-250 | Ненагруженные участки |
| Лежачая плита, лежачая балка (армопояс) | А2, А3 | 12-16 | 150-200 | Не глубже 50 мм от верха плиты |
| Балка фундамента, висячая балка, висячая плита | А3 | 16-18 | 100-160 | В зависимости от наличия усилений и мест привязки, нагрузки |
| Колонна, упорная стенка | А3 | 14-18 | 100-160 | Зависит от приложенной нагрузки |
| Бортик | А2, А3 | 12-16 | 120-160 | Без существенной нагрузки |
| Стена здания | А3 | 16 | 100-160 | В зависимости от привязки |
В адаптированном расчёте можно применить общий принцип — достаточный шаг ячейки будет равен диаметру стержня, умноженному на 10. В ответственных местах — примыкания и соединения элементов — следует добавлять усиления, т. е. устанавливать дополнительные стержни.
Схема армирования
Как правило, из железобетона устраивают два вида элементов — балки и плиты. В 80% случаев для выполнения каркаса любой сложности достаточно будет двух позиций:
- рабочие стержни — пруты арматуры Ø 12-18 мм, устроенные вдоль конструкции;
- распределительные (конструктивные) элементы — изделия из проволоки Ø 6-8 мм, которые распределяют в пространстве и фиксируют рабочие стержни с заданным шагом.
Разумеется, понадобится вязальная проволока.
Схема армирования балки: 1 — армирование лежачих, фундаментных балок и армопояса; 2 — армирование висячих балок, фундамента; 3 — защитный слой 40 мм; 4 — вспомогательные рабочие стержни; 5 — основные рабочие стержни; 6 — хомут
Если балка предполагается висячая, все стержни в ней должны быть одинакового сечения (не менее 16 мм). Для лежачей балки вспомогательные стержни могут быть меньшего диаметра.
Схема армирования плиты: 1 — лежачая плита; 2 — висячая плита; 3 — «лягушка»; 4 — распределительная арматура; 5 — рабочая арматура
Каркас висячей плиты представляет собой две зеркально расположенные сетки. Равное расстояние между ними удерживается с помощью ограничителей.
Станок для арматуры
Для того чтобы изготовить элементы типа «хомут» или «лягушка» потребуется специальное приспособление — гибочный станок. Если предполагается ощутимый объём бетонирования, начать следует именно с изготовления этого станка из подручного материала. Он представляет собой верстак на стальной раме, надёжно установленный в горизонтальном положении.
Чтобы собрать станок для арматуры на месте, вам понадобится подручный материал — обрезки металла, среди которых должны быть два уголка 40х40 или 45х45.
Порядок работ:
- Основной элемент станка — упор со втулкой. В середине верстака привариваем вертикально стержень длиной 8-10 мм и подбираем стальную трубку, которая свободно на него наденется.
- К трубке привариваем рычаг — лучше всего уголок горизонтальной полкой к трубке. Если уголка нет, тогда упор в 100 мм от приваренного стержня.
- К наружному краю рычага привариваем удобную ручку.
- Укладываем арматуру наибольшего диаметра (но не более 18 мм), которую необходимо гнуть параллельно длинному краю верстака.
- Привариваем к верстаку упор — лучше всего уголок.
Станок может иметь произвольную конструкцию. Основная идея — сила прикладывается в трёх точках через рычаги.
В продаже часто можно встретить заводские ручные приспособления для загиба арматуры, но они редко выдерживают интенсивные нагрузки и предназначены для домашнего использования. Для больших объёмов можно приобрести электрический гибочный станок 220 или 380 В. При помощи электрического станка можно выгибать довольно сложные элементы, которые используют в том числе и в художественной ковке. Цена нового электрического гибочного станка до 40 мм начинается от 70 000 руб.
Сварка арматуры
Самая распространённая ошибка при выполнении арматурных работ — применение электросварки для соединения элементов каркаса. Причины, по которым этого делать нельзя:
- Перегрев металла. При производстве арматуры классов А1, А2, А3 используется сталь с относительно высоким содержанием углерода. Это значит, что после нагрева она теряет до 50% свойств по прочности. Это особенно важно для соединений под углом.
- Неправильное распределение нагрузки. Жёстко зафиксированный (приваренный) участок стержня как бы вычленяется из него и работает отдельно от остальной его части. По этой причине возникают ненормальные напряжения, сосредоточенные в местах жёсткой фиксации (сварки) вместо того, чтобы распределяться по всей длине.
- Неправильно собранный каркас останется только выбросить (невозможно переделать).
- Опасность для других рабочих — возможно случайное поражение током.
- Затраты на электричество.
Однако есть случаи, когда сварка не только незаменима, но и обязательно требуется:
- Установка закладных деталей (ЗД). ЗД — приоритетные элементы, на которых сосредотачивается большая нагрузка. Они ввариваются в каркас для лучшей передачи нагрузки на стержни.
- Сварка продольных стыков (перехлёстов). Перегретая арматура сохраняет до 70% свойств на растяжение. К тому же на перехлёсте она сдвоена. Сварка продольных стержней «в стык» лишена смысла.
- Крепление по месту к уже существующим ЗД или стальным элементам (при реконструкции зданий).
Вязка арматуры
Скрепление пересекающихся стержней между собой — кропотливая и трудоёмкая работа. Но её нельзя избежать при армировании конструкций. Для этого используют мягкую вязальную проволоку толщиной от 0,5 до 2,5 мм. Приспособление для работы — крючок арматурщика — каждый специалист подбирает себе сам. Есть небольшой ассортимент заводских моделей, но в подавляющем большинстве случаев крючок изготавливают на месте из прута проволоки Ø 8-12 мм. Для этого необходимо выгнуть его в удобной форме и заточить с одного конца. На обратном конце стержня крючка можно надеть пластиковую трубку. Также крюк можно установить в аккумуляторный шуруповёрт, что значительно облегчит работу.
Для облегчения труда арматурщика есть развитые формы вязального крючка:
- Заводской арматурный крючок. Между ручкой и стержнем крюка установлен подшипник.
- Автоматический крюк. Вращается за счёт пружины в рукояти, соединённой с жалом.
- Вязальное устройство (пистолет). Операция автоматизирована, пистолет сам поджимает стержни и вяжет проволоку.
При создании каркасов для разных элементов применяют разный шаг вязки. Чем более ответственный участок — тем плотнее будут расположены узлы.
Шаг узлов в разных каркасах:
Арматурные работы часто сопряжены с установкой опалубки, которую часто смазывают маслом для облегчения демонтажа. Внимательно следите за тем, чтобы масло не попадало на стержни — это приведёт к отсутствию сцепления между бетоном и арматурой. Использование сильно окисленной арматуры категорически нежелательно.
Виталий Долбинов, рмнт.ру
Армирование колонн. Номенклатура и сортамент арматурного проката, производимого на металлургических предприятиях бывшего СССР, складывались под влиянием спроса, ориентированного массовым развитием сборного железобетона и в условиях, практически изолированных от мирового рынка.
До настоящего времени это обстоятельство в большей или меньшей степени для разных металлургических предприятии сказывается в недополучении прибыли, связанном с производством устаревших видов арматурного проката, с высокой себестоимостью и низкой конкурентной способностью.
Требования, предъявляемые к арматурному прокату строителями (потребителями) еще на ранней стадии развития железобетона, остались актуальными и в настоящее время.
Учитывая особенности современного производства и эксплуатации арматурных элементов сборного и монолитною железобетона (каркасов, сеток, закладных деталей, монтажных петель и т.п.), к основным требованиям по прочности, деформативности и сцеплению с бетоном добавились дополнительные требования по свариваемости, хладостойкости, коррозионной стойкости арматуры и др.
Из-за все возрастающих требований к качеству строительства экономическая эффективность и надежность применения того или иного вида арматурного проката у потребителя становятся основополагающими для внедрения его у производителя.
На ранней стадии производства арматуры главными определяющими ее потребительских свойств были технические возможности сталелитейного и прокатного технологического оборудования. Тогда строители были вынуждены довольствоваться той арматурной продукцией, которую производила металлургическая промышленность.
В связи с бурным развитием металлургического производства в последние годы практически все технологические ограничения с производства арматуры были сняты. В настоящее время металлурги готовы производить ту арматурную продукцию, которая может быть эффективно использована в строительстве.
В соответствии с СП 52-101-2003 для армирования железобетонных конструкций рекомендуется применять арматуру следующих видов:
- горячекатаную гладкую и периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (соответственно кольцевой и серповидный профили) диаметром 6-40 мм;
- термомеханически упрочненную периодического профиля с постоянной и переменной высотой выступов (кольцевой и серповидный) диаметром 6-40 мм:
- холоднодеформированную периодического профиля диаметром 3-12 мм.
Класс арматуры по прочности на растяжение обозначается:
- А — для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;
- В — для холоднодеформированной арматуры.
Классы арматуры по прочности на растяжение А и В отвечают гарантированному значению предела текучести (с округлением) с обеспеченностью не менее 0,95, определяемому по соответствующим государственным стандартам или техническим условиям.
В необходимых случаях к арматуре предъявляются требования по дополнительным показателям качества: свариваемость, пластичность, сцепление с бетоном, хладостойкость, коррозионная стойкость, усталостная прочность и др.
При проектировании железобетонных конструкций может быть использована арматура:
- гладкая класса А240 (A-I);
- периодического профиля классов А300 (А- II), А400 (А- III , А400С), А500 (А500С, А500СП), В500 (Bp-I, B500C), где С — свариваемая, П — повышенного сцепления.
До 80-х годов прошлого столетия основной объем производства и применения в строительстве составляла арматура с пределом текучести σ т =400 МПа. За период 1991 — 1997 основные европейские страны перешли на единый класс свариваемой арматуры периодического профиля для ненапряженных железобетонных конструкций с пределом текучести σ т =500 МПа.
Для колонн и стоек, работающих на центральное сжатие, принимается как правило квадратное сечение, иногда прямоугольное, круглое или кольцевое. Если эксцентриситет большой (как правило при внецентренном сжатии) поперечное сечение колонн принимается прямоугольным. При этом большие стороны прямоугольника располагаются параллельно оси, относительно которой имеется эксцентриситет. Также сечения могут быть тавровыми или двутавровыми.
В целях стандартизации прямоугольные и квадратные сечения колонн принимаются кратными 50 мм. Для монолитных колонн рекомендуется поперечное сечение не менее 250 мм.
Бетон для колонн используют не ниже класса В15 (С12/15), а для очень нагруженных не ниже В25 (C20/25).
Колонны армируются продольными стержнями арматуры диаметром ≥ 12 мм из стали класса А400C или А500C и поперечными стержнями или хомутами из стали класса А240C.
Размеры поперечных сечений следует принимать такими, чтобы гибкость l0/r относительно любой из осей поперечного сечения не превышала 120. Толщину защитного слоя бетона следует принимать ≥ диаметра стержней продольной арматуры и не менее 20 мм. Если в качестве продольной арматуры используется полосовая, угловая или фасонная сталь (в колоннах с жестким каркасом), толщина защитного слоя принимается ≥50 мм.
Расстояние в свету между вертикальными стержнями арматуры, расположенными при бетонировании вертикально, должно быть ≥ 50 мм. Расстояние между стержнями продольной арматуры, расположенными при бетонировании горизонтально или под наклоном принимается ≥ 25 м. для арматуры нижней части сечения и ≥ 30 мм для арматуры верхней части сечения. Кроме того, это расстояние во всех случаях принимается ≥ наибольшего диаметра арматуры.
Поперечные стержни или хомуты устанавливаются без расчета, но с соблюдением следующих требований:
— при ширине поперечного сечения колонны ≤ 400 мм и количестве продольных стержней ≤ 4 проектируются плоские сварные каркасы без дополнительных стержней или одиночные хомуты;
— при ширине поперечного сечения > 400 мм или количестве продольных стержней > 4 устанавливаются дополнительные стержни на одной из сторон или ставятся двойные хомуты; — вместо двойных хомутов допускается ставить соединительные шпильки;
— перегибы хомутов предусматривают на расстояниях ≤ 400 мм по ширине поперечного сечения элемента.
Конструкция вязаных хомутов колонн должна быть такова, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегиба хомутов, а эти перегибы — на расстоянии не более 400 мм по ширине сечения колонны. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.
Расстояние между стержнями поперечной арматуры принимается ≤ 15 d для вязаных каркасов и ≤ 20 d для сварных каркасов, чтобы предотвратить боковое выпучивание продольных стержней арматуры. При этом во всех случаях это расстояние принимается ≤ 500 мм, где d — это наименьший из диаметров продольных сжатых стержней.
В колоннах с коэффициентом армирования продольной арматурой > 3% поперечные стержни или хомуты ставятся на расстояниях ≤ 10d и ≤ 300 мм.
Диаметр поперечной арматуры в сварных каркасах принимается:
- 5-6 мм — при d = 14-20 мм продольных стержней;
- 8 мм — при d = 22-25 мм;
- 10 мм — при d = 28-32 мм;
- 12 мм — при d = 36-40 мм.
В вязаных каркасах диаметр хомутов принимается ≥ 5 мм и ≥ 0,25d, в данном случае d — наибольший диаметр стержней продольной арматуры. Как правило при изготовлении вязаных каркасов используются хомуты из проволоки класса А240С диаметром 6-8 мм.
Если проектом предусматриваются закладные металлические детали, то они не должны выступать за плоскость граней элементов. Закладные детали должны привариваться к рабочей арматуре или быть надежно заанкеренными в бетон посредством специальных анкерных крюков или стержней.
Для колонн и стоек, работающих на центральное сжатие, принимается как правило квадратное сечение, иногда прямоугольное, круглое или кольцевое.
Если эксцентриситет большой (как правило при внецентренном сжатии) поперечное сечение колонн принимается прямоугольным. При этом большие стороны прямоугольника располагаются параллельно оси, относительно которой имеется эксцентриситет.
Также сечения могут быть тавровыми или двутавровыми.
В целях стандартизации прямоугольные и квадратные сечения колонн принимаются кратными 50 мм.
Бетон для колонн используют не ниже класса В15 (С12/15), а для очень нагруженных не ниже В25 (C20/25).
Колонны армируются продольными стержнями арматуры диаметром ≥ 12 мм из стали класса А400C или А500C и поперечными стержнями или хомутами из стали класса А240C
Размеры поперечных сечений следует принимать такими, чтобы гибкость l0/r относительно любой из осей поперечного сечения не превышала 120.
Толщину защитного слоя бетона следует принимать ≥ диаметра стержней продольной арматуры и не менее 20 мм. Если в качестве продольной арматуры используется полосовая, угловая или фасонная сталь (в колоннах с жестким каркасом), толщина защитного слоя принимается ≥50 мм;
Расстояние в свету между вертикальными стержнями арматуры, расположенными при бетонировании вертикально, должно быть ≥ 50 мм. Расстояние между стержнями продольной арматуры, расположенными при бетонировании горизонтально или под наклоном принимается ≥ 25 м. для арматуры нижней части сечения и ≥ 30 мм для арматуры верхней части сечения. Кроме того, это расстояние во всех случаях принимается ≥ наибольшего диаметра арматуры;
Поперечные стержни или хомуты устанавливаются без расчета, но с соблюдением следующих требований:
При ширине поперечного сечения колонны ≤ 400 мм и количестве продольных стержней ≤ 4 проектируются плоские сварные каркасы без дополнительных стержней или одиночные хомуты;
При ширине поперечного сечения > 400 мм или количестве продольных стержней > 4 устанавливаются дополнительные стержни на одной из сторон или ставятся двойные хомуты; - вместо двойных хомутов допускается ставить соединительные шпильки;
Перегибы хомутов предусматривают на расстояниях ≤ 400 мм по ширине поперечного сечения элемента.
Конструкция вязаных хомутов колонн должна быть такова, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегиба хомутов, а эти перегибы - на расстоянии не более 400 мм по ширине сечения колонны. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.
Расстояние между стержнями поперечной арматуры принимается ≤ 15 d для вязаных каркасов и ≤ 20 d для сварных каркасов, чтобы предотвратить боковое выпучивание продольных стержней арматуры. При этом во всех случаях это расстояние принимается ≤ 500 мм, где d - это наименьший из диаметров продольных сжатых стержней.
В колоннах с коэффициентом армирования продольной арматурой > 3% поперечные стержни или хомуты ставятся на расстояниях ≤ 10d и ≤ 300 мм.
Диаметр поперечной арматуры в сварных каркасах принимается:
5-6 мм - при d = 14-20 мм продольных стержней;
8 мм - при d = 22-25 мм;
10 мм - при d = 28-32 мм;
12 мм - при d = 36-40 мм;
В вязаных каркасах диаметр хомутов принимается ≥ 5 мм и ≥ 0,25d, в данном случае d - наибольший диаметр стержней продольной арматуры.
Как правило при изготовлении вязаных каркасов используются хомуты из проволоки класса А240С диаметром 6-8 мм.
Слева: схема армирования сжатых элементов: 1) продольные стержни; 2) поперечные;
Справа: армирование сжатых элементов со случайными эксцентриситетами
Арматура сжатых элементов состоит из продольных и поперечных стержней (хомутов), расположенных, как правило, на равных расстояниях друг от друга. Продольная арматура ставится по расчету и воспринимает часть нагрузки, действующей на элемент. Хомуты, в основном, предназначены для обеспечения проектного положения арматуры и для предотвращения выпучивания продольных стержней при действии внешней нагрузки. Кроме того, хомуты препятствуют развитию поперечных деформаций элемента, тем самым не сколько повышая сопротивляемость бетона сжатию.
Колонны сечением 400х400 мм можно армировать четырьмя стержнями. Если плоские каркасы противоположных граней колонны имеют промежуточные продольные стержни, то последние по крайней мере через один и не реже чем через 400 мм связывают между собой с помощью шпилек. Шпильки не ставят при ширине грани колонны 500 мм, если число стержней у этой грани не превышает 4.
Поперечные стержни (хомуты) должны располагаться на расстояниях не более 15d в вязаных каркасах и 20d в сварных (d - наименьший диаметр продольных сжатых стержней). Расстояние между поперечными стержнями (хомутами) во всех случаях не должно превышать 500 мм. Расстояние между хомутами в пределах стыка сжатой арматурs внахлестку без сварки должно быть не более 10d.
Диаметр поперечных стержней (хомутов) устанавливают без расчета и в вязаных каркасах принимают равным не менее 5 мм, а также не менее 0,2d при хомутах из обыкновенной проволоки класса В-I диаметром 5 мм или из стали класса А-III и 0,25 d при хомутах из стали других видов (d - наименьший диаметр продольных сжатых стержней).
В сварных каркасах минимальный диаметр поперечных стержней принимают из условия сварки.
Для элементов с круглым или многоугольным поперечным сечением получило распространение косвенное армирование в виде спиралей или сварных колец. Для элементов с прямоугольным сечением применяют объемное косвенное армирование в виде часто размещенных поперечных сварных сеток. Косвенное армирование в виде поперечных сеток широко применяют для местного усиления железобетонных сборных колонн вблизи стыков а также в зоне анкеровки предварительно напрягаемой арматуры.
Спирали и кольца, подобно обойме, сдерживают поперечные деформации бетона, возникающие при продольном сжатии, и тем обусловливают повышенное сопротивление бетона продольному сжатию, в том числе и после появления в нем первых продольных трещин.
Косвенное армирование целесообразно по расчету, если несущая способность элемента, определяемая по формулам, выше его несущей способности, определяемой по полному сечению элемента и значению расчетного сопротивления бетона Rb без учета косвенной арматуры.
В случае колонн, проходящих насквозь через несколько этажей, по крайней мере, угловые продольные стержни должны быть пропущены через перекрытие в качестве соединительной арматуры с вышележащей колонной. Необходимые для этой цели стержни должны быть отогнуты.
9. Расчет образования трещин в центрально растянутых преднапряженных элементах.
При проектировании железобетонных конструкций надо обеспечить не только их прочность (первая группа предельных состояний), но и необходимую трещиностойкость и жесткость (вторая группа предельных состояний).
Под трещиностойкостью железобетонных конструкций понимают их сопротивление образованию и раскрытию трещин.
Расчет по 1-й категории требований к трещиностойкости производят для расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке (как при расчете на прочность), расчет конструкций 2-й и 3-й категорий требований к трещиностойкости ведут на действие расчетных нагрузок по 2-й группе п.с. с коэффициентом (численно равных нормативным нагрузкам).
По 1-й категории рассчитывают предварительно напряженные конструкции, находящиеся под давлением жидкостей или газов (резервуары, напорные трубы), а также эксплуатируемые ниже уровня грунтовых вод при полностью растянутом сечении. Другие предварительно напряженные элементы в зависимости от условий работы конструкции и вида арматуры должны отвечать требованиям 2-й или 3-й категории. Все конструкции без предварительного напряжения должны отвечать требованиям 3-й категории.
1.1. Расчет по образованию нормальных трещин
В основу расчета положена стадия Iа напряженно-деформированного состояния железобетонного элемента.
Предпосылки расчета :
Считается справедливой гипотеза плоских сечений;
Напряжения в бетоне растянутой зоны распределены равномерно и равны величине ; эпюра напряжений в бетоне растянутой зоне может быть заменена прямоугольной;
Наибольшее относительное удлинение крайнего растянутого волокна принимают равной предельной растяжимости бетона
Напряжения в ненапрягаемой арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций равны сумме значений сжимающего напряжения от усадки и ползучести бетона и приращения растягивающего напряжения за счет деформаций растянутого бетона
Для растянутых элементов эффективно применение высокопрочной предварительно напряженной арматуры. В целях ограничения ширины раскрытия трещин целесообразно применять меньшие диаметры при большем количестве стержней.
При центральном растяжении до появления трещин большая часть усилия N воспринимается бетоном и меньшая – продольной арматурой. Напряжения в арматуре перед появлением трещины в бетоне
s s = e btu E s » 15 × 10 -5 × 20 ×10 4 = 30 МПа.
После появления трещины все усилия в сечении с трещиной воспринимаются арматурой, в результате чего напряжения в ней резко увеличиваются.
Прочность центрально-растянутого элемента будет обеспечена при выполнении условия
N £hR s ×A sp +R s ×A s,tot
где h - коэффициент, учитывающий увеличения расчетного сопротивления предварительно напряженной арматуры.
Характер разрушения внецентренно растянутых элементов зависит от величины эксцентриситета. При этом возможны два случая.
Случай 1 – внешняя продольная сила приложена между равнодействующими усилий в арматуре (малые эксцентриситеты).
Условия прочности получают, составив уравнения равновесия моментов (относительно центров тяжести арматуры):
N ×e £R s ×A s ’×(h 0 – a’);
N ×e’ £R s ×A s ×(h 0 – a’)
Случай 2 – внешняя продольная сила находится за пределами расстояния между равнодействующими усилий в арматуре (большие эксцентриситеты).
Условия прочности примут вид:
N×e£R b ×b×x×(h 0 – x/2) + R sc ×A s ’×(h 0 – a’);
N = R s ×A s – R b ×b×x- R sc ×A s ’
10. Конструирование плит.
Плиты перекрытий опираются на ригели, работая на изгиб и для уменьшения расхода материала проектируются облегченными пустотными и ребристыми. При удалении бетона из растянутой зоны сохраняют лишь ребра, шириной, необходимой для размещения сварных каркасов и обеспечения прочности панелей по наклонному сечению. При этом плита в пролете между ригелями работает на изгиб между ребрами. При необходимости устройства гладкого потолка создается нижняя полка, образующая замкнутую полость. Верхняя полка плиты также работает на местный изгиб между ребрами.
Общий принцип проектирования плит перекрытий любой формы поперечного сечения состоит в удалении возможно большего объема бетона из растянутой зоны с сохранением вертикальных ребер, обеспечивающих прочность элемента по наклонному сечению, в увязке с технологическими возможностями изготовителя.
Расчетный пролет плит l 0 принимают равным расстоянию между осями ее опор; при опирании по верху ригелей l0 = l - b/2 (b - ширина ригеля); при опирании на полки ригелей l0 = l - а - b (a - размер полки). При опирании одним концом на ригель, другим на стенку расчетный пролет равен расстоянию от оси опоры на стене до оси опоры в ригеле.
Высота сечения плиты h должна быть подобрана так, чтобы наряду с условиями прочности были удовлетворены требования жесткости (предельных прогибов). При пролетах 5...7 м высота сечения плиты определяется главным образом требованиями жесткости.
Высоту сечения предварительно напряженных плит можно предварительно назначать разной: h = l 0 / 20 - для ребристых, h = l 0 / 30 - для пустотных плит.
При расчете прочности по изгибающему моменту ширина ребра равна суммарной ширине всех ребер плиты; расчетную ширину сжатой полки принимают равной полной ширине панели. Таким образом, расчет прочности плит сводится к расчету таврового сечения с полкой в сжатой зоне. В большинстве случаев нейтральная ось проходит в пределах толщины сжатой полки. Для случаев, когда и нейтральная ось пересекает ребро, расчет ведут с учетом сжатия в ребре.
Поперечную арматуру плиты рассчитывают из условия прочности по наклонному сечению по расчетной ширине ребра b,- равной суммарной ширине всех ребер сечения. В многопустотных плитах высотой менее 300 мм допускается поперечную арматуру не устанавливать, если она не требуется по расчету.
По образованию или раскрытию трещин, а также по прогибам плиту рассчитывают в зависимости от категории требований трещиностойкости. При расчете прогибов сечение панелей с пустотами приводят к эквивалентному двутавровому сечению. Для панелей с круглыми пустотами эквивалентное двутавровое сечение находят из условия, что площадь круглого отверстия диаметром d равна площади квадратного отверстия со стороной 0,9d
Полка плиты работает на местный изгиб как частично защемленная на опорах пролетом l0, равным расстоянию в свету между ребрами. В ребристых плитах ребрами вниз защемление полки создают заливкой бетоном швов, препятствующей повороту ребра Изгибающий момент ql^2/11.
Применяют сварные сетки и каркасы из обыкновенной арматурной проволоки и горячекатаной арматуры периодического профиля. В качестве напрягаемой продольной арматуры применяют стержневую арматуру классов A-IV, A-V, Ат-IVc, Ат-V, высокопрочную проволоку и канаты. Армировать можно без предварительного напряжения арматуры, если пролет панели меньше 6 м.Продольную рабочую арматуру располагают по всей ширине нижней полки сечения пустотных панелей и в ребрах ребристых панелей.
Поперечные стержни объединяют с продольной монтажной или рабочей ненапрягаемой арматурой в плоские сварные каркасы, которые размещают в ребрах плит.
К концам продольной ненапрягаемой арматуры ребристых плит приваривают анкеры из уголков или пластин для закрепления стержней на опоре. Сплошные плиты из тяжелого и легкого бетонов армируют продольной напрягаемой арматурой и сварными сетками. По четырем углам плит закладывают монтажные петли. В местах установки петель сплошные панели армируют дополнительными верхними сетками.
Монтажные соединения плит всех типов выполняют сваркой стальных закладных деталей и заполнением бетоном швов между плитами.
* * *
Конструирование и расчет плит
Общие положения :
1. Класс (марка) бетона
- не менее В30 (М400).
2. Защитный слой
3. Продольная арматура - А III. Минимальный диаметр d12мм. Шаг не более 200 х 200 мм
4. Процент армирования (для растянутой арматуры)
µ=0,5...2 (при больших процентах армирования требуется устройство балочного (кессонного) перекрытия).
5. Поперечная арматура
- d8А I (ставится при необходимости по расчету), конструктивная поперечная арматура - в виде шпилек в узлах сетки в шахматном порядке;
расчетная поперечная арматура (в местах сосредоточенных нагрузок) в виде специально разработанных арматурных изделий.
Указания по конструированию :
Минимальный толщина плиты h > 200 (160) мм;
Отношение пролета плиты к толщине L/h не более 30;
Плиту армировать сетками в виде основного (фонового) и дополнительного армирования (в местах значительных изгибающих моментов). Верхнюю и нижнюю фоновую арматуру рекомендуется назначать равной. Под нижней расчетной арматурой рекомендуется располагать сетку 4ВрII - 100/100 (в толщине защитного слоя), сетку крепить вязальной проволокой к основному армированию;
Необходимо учитывать взаимное расположение стержней разных направлений одной сетки – стержни рабочего направления следует устанавливать наиболее ближе к грани плиты («Симметричная» схема армирования);
Если затруднительно выбрать рабочее направление плиты применяется «кососимметричная» схема армирования;
Схемы взаимного расположения стержней следует указывать на рабочих чертежах.
Указания по расчету:
Коэффициент запаса (в дополнении к СНиП) назначать: для плит работающих одном направлении [k]=1,25, для плит работающих в двух направлениях [k]=1,15;
Консольные участки плит (балконы) рассчитывать с коэффициентом запаса [k]=1,6.
* * *
Конструирование и расчет колонн
Общие положения:
1. Класс (марка) бетона
- не менее В30 (М400).
2. Защитный слой
- 35 мм (для подземных конструкций - 40 мм).
3. Продольная арматура
- А III. Минимальный диаметр d16мм.
4. Процент армирования
- µ=1...4 (при больших процентах армирования требуется установка "жесткой" арматуры).
5. Поперечная арматура
- d8А I. Шаг хомутов s=h/2, но не более 15 d (с учащением s=100 мм в приопорных зонах).
Указания по конструированию:
Минимальный размер сторон (h1;h2) > 300 мм;
Отношение длины колонны к ширине (гибкость) L/h не более 20;
При соотношении сторон сечения h1/h2=1...1,5 применять схемы армирования «К1», «К2»,«К3».
При соотношении сторон сечения h1/h2=1,5...2 применять схемы армирования «К4», при большем соотношении применять схему армирования пилонов;
По высоте здания схему армирования колонн рекомендуется принимать постоянной. Схему армирования колонн крайнего ряда рекомендуется принимать аналогично армированию колонн среднего ряда.
Указания по расчету:
Коэффициент запаса (в дополнению к СНиП) на совместное действие продольной силы (N) и изгибающего момента (M) принимать [k]=1,4; на действие одной продольной силы принимать [k]=2;
- При назначении размеров сечения продольную силу рекомендуется воспринимать полностью телом бетона;
При действии на колонну продольной силы с малым эксцентриситетом e (e=M/N) сечение колонны допускается рассчитывать только на действие продольной силы с учетом коэффициента продольного изгиба (табл. ниже).
* * *
Конструирование и расчет стен и пилонов
Общие положения:
1. Класс (марка) бетона
- не менее В22,5 (М300).
2. Защитный слой
- 25 мм (для подземных конструкций - 40 мм).
3. Продольная арматура
- А III. Минимальный диаметр d12мм. Шаг не более 250 х 250 мм
4. Процент армирования
- µ=0,5...2 (при больших процентах армирования требуется установка "жесткой" арматуры).
5. Поперечная арматура
- d8А I. ставиться в виде шпилек в узлах сетки в шахматном порядке. по граням стен (пилонов) ставятся замкнутые хомуты с шагом s равным шагу сетки (в особо нагруженных случаях шаг хомутов s=h/2).
Указания по конструированию:
Минимальный толщина стены h > 200 (160) мм;
Отношение высоты стены к толщине (гибкость) L/h не более 30;
Пилоны армировать по схеме "ПН1", стены по схеме "См1";
По высоте здания схему армирования стен рекомендуется принимать постоянной.
Указания по расчету:
Ввиду назначения сечений из конструктивных (архитектурных) соображений, коэффициент запаса принимать равным [k]=1,0;
- При наличии значительных локальных нагрузок на участке стен в теле стены формировать "скрытую" колонну, либо выполнять пилястру с армированием по типу колонны.
* * *