Минимальное и максимальное расстояние между арматурой

Расстояние между арматурой должно обеспечивать прохождение заполнителя бетона и, при необходимости, вибратора для уплотнения бетонной смеси.

п. 8.3.3 СП 52-101-2003 Минимальные расстояния в свету между стержнями арматуры следует принимать такими, чтобы обеспечить совместную работу арматуры с бетоном и качественное изготовление конструкций, связанное с укладкой и уплотнением бетонной смеси, но не менее наибольшего диаметра стержня, а также не менее:

25 мм — при горизонтальном или наклонном положении стержней при бетонировании для нижней арматуры, расположенной в один или два ряда;

30 мм — то же, для верхней арматуры;

50 мм — то же, при расположении нижней арматуры более чем в два ряда (кроме стержней двух нижних рядов), а также при вертикальном положении стержней при бетонировании.

При стесненных условиях допускается располагать стержни группами — пучками (без зазора между ними). При этом расстояния в свету между пучками должны быть также не менее приведенного диаметра стержня, эквивалентного по площади сечения пучка арматуры, принимаемого равным:

где d _si — диаметр одного стержня в пучке;

п — число стержней в пучке.

Кроме того, при большом насыщении арматурой должны быть предусмотрены отдельные места с расстоянием между стержнями арматуры в 60 мм для прохождения между арматурными стержнями наконечников глубинных вибраторов, уплотняющих бетонную смесь. Расстояния между такими местами должны быть не более 500 мм.

Максимальный шаг арматуры ограничен следующими требованиями:

п.8.3.6 СП 52-101-2003 В железобетонных линейных конструкциях и плитах наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, обеспечивающие эффективное вовлечение в работу бетона, равномерное распределение напряжений и деформаций, а также ограничение ширины раскрытия трещин между стержнями арматуры, должны быть не более:

в железобетонных балках и плитах:

200 мм — при высоте поперечного сечения h £ 150 мм;

1,5 h и 400 мм — при высоте поперечного сечения h > 150 мм;

в железобетонных колоннах:

400 мм — в направлении, перпендикулярном плоскости изгиба;

500 мм — в направлении плоскости изгиба.

В железобетонных стенах расстояния между стержнями вертикальной арматуры принимают не более 2 t и 400 мм (t — толщина стены), а горизонтальной — не более 400 мм.

В большинстве случаев шаг арматуры назначают 200-250 мм и подбирают необходимый диаметр арматуры по расчёту.

Процент армирования

Существует такое понятие как минимальный и максимальный процент армирования.

Процент армирования определяется по следующей формуле:

Чтобы конструкция считалась железобетонной необходимо чтобы процент армирования был выше минимального, иначе конструкция не считается железобетонной и методы расчета железобетона на такую конструкцию не распространяются.

п.8.3.4 СП 52-101-2003 В железобетонных элементах площадь сечения продольной растянутой арматуры, а также сжатой, если она требуется по расчету, в процентах площади сечения бетона, равной произведению ширины прямоугольного сечения либо ширины ребра таврового (двутаврового) сечения на рабочую высоту сечения, следует принимать не менее:

0,1 % — в изгибаемых, внецентренно растянутых элементах и внецентренно сжатых элементах при гибкости l ₀ /i ≤ 17 (для прямоугольных сечений l ₀ /h ≤ 5);

0,25 % — во внецентренно сжатых элементах при гибкости l ₀ /i ≥ 87 (для прямоугольных сечений l ₀ /h ≥ 25);

для промежуточных значений гибкости элементов значение m _s определяют по интерполяции.

В элементах с продольной арматурой, расположенной равномерно по контуру сечения, а также в центрально-растянутых элементах минимальную площадь сечения всей продольной арматуры следует принимать вдвое больше указанных выше значений и относить их к полной площади сечения бетона.

Максимальный (предельный) процент армирования в нормах не рассмотрен, но такой термин существует, хотя его лучше назвать оптимальным процентом армирования. При увеличении армирования в какой-то момент критическим фактором становится не прочность арматуры, а прочность бетона в сжатой зоне. Т.е. далее с увеличением армирования её эффективность падает и нужно либо увеличить высоту ж.б. элемента (увеличив площадь сжатой зоны), либо ввести арматуру в сжатую зону.

В книге Бондаренко В.М. Суворкин Д.Г. «Железобетонные и каменные конструкции» дана таблица с предельным % армирования:

Класс арматуры	μR, %, при классе бетона
	12,5	20	30	40	50
А-II (A300)	1,99/1,8	2,96/2,67	4,0/3,59	4,75/4,26	5,29
А-III (A400, A500)	1,23/1,11	1,82/1,65	2,46/2,22	2,93/2,62	3,26
А-IV (A600)	0,88	1,3	1,76	2,1	2,33

Примечание. В числителе приведены проценты армирования для тяжелого и мелкозернистого бетона, в знаменателе – для легкого бетона.

В других учебниках приведены другие данные, но в общем процент армирования не должен превышать 3-5%.

Продольное армирование

Продольное армирование применяется для внецентренно сжатых и изгибаемых элементов. Продольная арматура необходима для восприятия растягивающей нагрузки и, соответственно, располагается в растянутой зоне железобетонной конструкции. Рассмотрим какие требования предъявляют строительные нормы для продольного армирования помимо тех, что приведены выше:

п.8.3.5 СП 52-101-2003 В бетонных конструкциях следует предусматривать конструктивное армирование:

— в местах резкого изменения размеров сечения элементов;

— в бетонных стенах под и над проемами;

— во внецентренно сжатых элементах, рассчитываемых по прочности без учета работы растянутого бетона, у граней, где возникают растягивающие напряжения; при этом коэффициент армирования m _s принимают не менее 0,025 %.

п.8.3.7 СП 52-101-2003 В балках и ребрах шириной более 150 мм число продольных рабочих растянутых стержней в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента 150 мм и менее допускается устанавливать в поперечном сечении один продольный стержень.

п.8.3.8 СП 52-101-2003 В балках до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры с площадью сечения не менее 1/2 площади сечения стержней в пролете и не менее двух стержней.

В плитах до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры на 1 м ширины плиты с площадью сечения не менее 1/3 площади сечения стержней на 1 м ширины плиты в пролете.

Поперечное армирование

Поперечную арматуру следует устанавливать исходя из расчета на восприятие усилий, а также с целью ограничения развития трещин, удержания продольных стержней в проектном положении и закрепления их от бокового выпучивания в любом направлении.

Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура.

Основные требования к поперечному армированию:

п.8.3.10 СП 52-101-2003 Диаметр поперечной арматуры (хомутов) в вязаных каркасах внецентренно сжатых элементов принимают не менее 0,25 наибольшего диаметра продольной арматуры и не менее 6 мм.

Диаметр поперечной арматуры в вязаных каркасах изгибаемых элементов принимают не менее 6 мм.

В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры.

п.3.11 СП 52-101-2003 В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5 h ₀ и не более 300 мм.

В сплошных плитах, а также в часторебристых плитах высотой менее 300 мм и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участке элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать.

В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75 h ₀ и не более 500 мм.

п.8.3.12 СП 52-101-2003 Во внецентренно сжатых линейных элементах, а также в изгибаемых элементах при наличии необходимой по расчету сжатой продольной арматуры с целью предотвращения выпучивания продольной арматуры следует устанавливать поперечную арматуру с шагом не более 15 d и не более 500 мм (d — диаметр сжатой продольной арматуры).

Если площадь сечения сжатой продольной арматуры, устанавливаемой у одной из граней элемента, более 1,5 %, поперечную арматуру следует устанавливать с шагом не более 10 d и не более 300 мм.

п.8.3.13 СП 52-101-2003 Конструкция хомутов (поперечных стержней) во внецентренно сжатых линейных элементах должна быть такой, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегибов, а эти перегибы — на расстоянии не более 400 мм по ширине грани. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.

п.8.3.15 СП 52-101-2003 Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания в направлении, перпендикулярном сторонам расчетного контура, устанавливают с шагом не более 1/3 h ₀ и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h ₀ /3 и не далее h ₀ /2 от этого контура. При этом ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1/5 h ₀.

Расстояния между стержнями поперечной арматуры в направлении, параллельном сторонам расчетного контура, принимают не более 1/4 длины соответствующей стороны расчетного контура.

Анкеровка арматуры в бетоне

Анкеровку арматуры осуществляют одним из следующих способов или их сочетанием:

— в виде прямого окончания стержня (прямая анкеровка);

— с загибом на конце стержня в виде крюка, отгиба (лапки) или петли;

— с приваркой или установкой поперечных стержней;

— с применением специальных анкерных устройств на конце стержня.

Прямую анкеровку и анкеровку с лапками допускается применять только для арматуры периодического профиля. Для растянутых гладких стержней следует предусматривать крюки, петли, приваренные поперечные стержни или специальные анкерные устройства.

Лапки, крюки и петли не рекомендуется применять для анкеровки сжатой арматуры, за исключением гладкой арматуры, которая может подвергаться растяжению при некоторых возможных сочетаниях нагрузки.

При расчете длины анкеровки арматуры следует учитывать способ анкеровки, класс арматуры и ее профиль, диаметр арматуры, прочность бетона и его напряженное состояние в зоне анкеровки, конструктивное решение элемента в зоне анкеровки (наличие поперечной арматуры, положение стержней в сечении элемента и др.).

п.8.3.21 СП 52-101-2003 Базовую (основную) длину анкеровки, необходимую для передачи усилия в арматуре с полным расчетным значением сопротивления R _s на бетон, определяют по формуле

(8.1)

где A _s и u _s — соответственно площадь поперечного сечения анкеруемого стержня арматуры и периметр его сечения, определяемые по номинальному диаметру стержня;

R _bond — расчетное сопротивление сцепления арматуры с бетоном, принимаемое равномерно распределенным по длине анкеровки и определяемое по формуле

R _bond = h ₁ h ₂ R _bt, (8.2)

здесь R _bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

h ₁ — коэффициент, учитывающий влияние вида поверхности арматуры, принимаемый равным:

1,5 — для гладкой арматуры;

2 — для холоднодеформированной арматуры периодического профиля;

2,5 — для горячекатаной и термомеханически обработанной арматуры периодического профиля;

h ₂ — коэффициент, учитывающий влияние размера диаметра арматуры, принимаемый равным:

1,0 — при диаметре арматуры d _s ≤ 32 мм;

0,9 — при диаметре арматуры 36 и 40 мм.

п.8.3.22 СП 52-101-2003 Требуемую расчетную длину анкеровки арматуры с учетом конструктивного решения элемента в зоне анкеровки определяют по формуле

(8.3)

где l _0,an — базовая длина анкеровки, определяемая по формуле (8.1);

A _s,cal, A _s,ef — площади поперечного сечения арматуры, соответственно требуемая по расчету и фактически установленная;

a — коэффициент, учитывающий влияние на длину анкеровки напряженного состояния бетона и арматуры и конструктивного решения элемента в зоне анкеровки.

При анкеровке стержней периодического профиля с прямыми концами (прямая анкеровка) или гладкой арматуры с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств для растянутых стержней принимают a = 1,0, а для сжатых — a = 0,75.

Допускается уменьшать длину анкеровки в зависимости от количества и диаметра поперечной арматуры, вида анкерующих устройств (приварка поперечной арматуры, загиб концов стержней периодического профиля) и величины поперечного обжатия бетона в зоне анкеровки (например, от опорной реакции), но не более чем на 30 %.

В любом случае фактическую длину анкеровки принимают не менее 0,3 l _0,an, а также не менее 15 d _s и 200 мм.

В случае, если толщина элемента меньше требуемой толщины анкеровки, то арматуру загибают. Гладкую арматуру загибают в любом случае.

Для удобства расчёта сделал программу расчёта длины анкеровки в Excel.

Соединение арматуры

п.8.3.26 СП 52-101-2003 Для соединения арматуры принимают один из следующих типов стыков:

а) стыки внахлестку без сварки:

— с прямыми концами стержней периодического профиля;

— с прямыми концами стержней с приваркой или установкой на длине нахлестки поперечных стержней;

— с загибами на концах (крюки, лапки, петли); при этом для гладких стержней применяют только крюки и петли;

б) сварные и механические стыковые соединения:

— со сваркой арматуры;

— с применением специальных механических устройств (стыки с спрессованными муфтами, резьбовыми муфтами и др.).

п.8.3.27 СП 52-101-2003 Стыки арматуры внахлестку (без сварки) применяют при стыковании стержней с диаметром рабочей арматуры не более 40 мм.

На соединения арматуры внахлестку распространяются указания 8.3.19 СП 52-101-2003.

Стыки растянутой или сжатой арматуры должны иметь длину перепуска (нахлестки) не менее значения длины l _l, определяемого по формуле

(8.5)

где l _0,an — базовая длина анкеровки, определяемая по формуле (8.1);

A _s,cal, A _s,ef — по 8.3.22;

a — коэффициент, учитывающий влияние напряженного состояния арматуры, конструктивного решения элемента в зоне соединения стержней, количество стыкуемой арматуры в одном сечении по отношению к общему количеству арматуры в этом сечении, расстояния между стыкуемыми стержнями.

При соединении арматуры периодического профиля с прямыми концами, а также гладких стержней с крюками или петлями без дополнительных анкерующих устройств коэффициент a для растянутой арматуры принимают равным 1,2, а для сжатой арматуры — 0,9. При этом должны быть соблюдены следующие условия:

— относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей растянутой арматуры периодического профиля должно быть не более 50 %, гладкой арматуры (с крюками или петлями) — не более 25 %;

— усилие, воспринимаемое всей поперечной арматурой, поставленной в пределах стыка, должно быть не менее половины усилия, воспринимаемого стыкуемой в одном расчетном сечении элемента растянутой рабочей арматурой;

— расстояние между стыкуемыми рабочими стержнями арматуры не должно превышать 4 d _s;

— расстояние между соседними стыками внахлестку (по ширине железобетонного элемента) должно быть не менее 2 d _s и не менее 30 мм.

В качестве одного расчетного сечения элемента, рассматриваемого для определения относительного количества стыкуемой арматуры в одном сечении, принимают участок элемента вдоль стыкуемой арматуры длиной 1,3 l _l. Считается, что стыки арматуры расположены в одном расчетном сечении, если центры этих стыков находятся в пределах длины этого участка.

Допускается увеличивать относительное количество стыкуемой в одном расчетном сечении элемента рабочей растянутой арматуры до 100 %, принимая значение коэффициента a равным 2,0. При относительном количестве стыкуемой в одном расчетном сечении арматуры периодического профиля более 50 % и гладкой арматуры более 25 % значения коэффициента a определяют по линейной интерполяции.

При наличии дополнительных анкерующих устройств на концах стыкуемых стержней (приварка поперечной арматуры, загиб концов стыкуемых стержней периодического профиля и др.) длина перепуска стыкуемых стержней может быть уменьшена, но не более чем на 30 %.

В любом случае фактическая длина перепуска должна быть не менее 0,4 al _0,ап, не менее 20 d _s и не менее 250 мм.

п.8.3.28 СП 52-101-2003 При соединении арматуры с использованием сварки выбор типов сварного соединения и способов сварки производят с учетом условий эксплуатации конструкции, свариваемости стали и требований по технологии изготовления в соответствии с действующими нормативными документами (ГОСТ 14098).

п.8.3.29 СП 52-101-2003 При использовании для стыков арматуры механических устройств в виде муфт (муфты на резьбе, спрессованные муфты и т.д.) несущая способность муфтового соединения должна быть такой же, что и стыкуемых стержней (соответственно при растяжении или сжатии). Концы стыкуемых стержней следует заводить на требуемую длину в муфту, определяемую расчетом или опытным путем.

При использовании муфт на резьбе должна быть обеспечена требуемая затяжка муфт для ликвидации люфта в резьбе.

Гибка арматуры

п.8.3.30 СП 52-101-2003 При применении гнутой арматуры (отгибы, загибы концов стержней) минимальный диаметр загиба отдельного стержня должен быть таким, чтобы избежать разрушения или раскалывания бетона внутри загиба арматурного стержня и его разрушения в месте загиба.

Минимальный диаметр оправки d _on для арматуры принимают в зависимости от диаметра стержня d _s не менее:

для гладких стержней:

d _on = 2,5 d _s при d _s < 20 мм;

d _on = 4 d _s при d _s ≥ 20 мм;

для стержней периодического профиля:

d _on = 5 d _s при d _s < 20 мм;

d _on = 8 d _s при d _s ≥ 20 мм.

Арматурная сетка

Помимо использования каркаса из арматуры, соединенной сваркой или вязкой, широко используют арматурные сетки по ГОСТ 23279-2012.

Арматурная сетка производится путем сваривания перпендикулярно расположенных проволок.

Сетки могут иметь квадратную или прямоугольную форму, поставляться в рулонах. Диаметр арматуры в сетке может быть от 3 до 10 мм для легких сеток, и более 12 мм для тяжелых сеток.

Использование готовой арматурной сетки позволяет увеличивать скорость строительства.

Расчет ж.б. конструкций

Арматура, прежде всего, подбирается согласно расчёту. В данной статье я не буду подробно рассматривать этот вопрос т.к. он очень большой. На практике для расчета монолитных конструкций используют специализированные программы, например: SCAD, Лира, Robot. Помимо этих программ есть еще множество, но эти программы наиболее часто употребляются для расчета ЖБК в нашей стране.

Расчет ЖБК (железобетонный конструкций) производится по первому и второму предельному состоянию.

Расчеты по предельным состояниям первой группы включают:

расчет по прочности;

расчет по устойчивости формы (для тонкостенных конструкций);

расчет по устойчивости положения (опрокидывание, скольжение, всплывание).

Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:

расчет по образованию трещин;

расчет по раскрытию трещин;

расчет по деформациям.

При расчётах необходимо учесть различные ситуации в соответствии с ГОСТ Р 54257, в том числе стадии изготовления, транспортирования, возведения, эксплуатации, аварийные.

Литература

При проектировании и производстве железобетонных конструкций гражданских и промышленных сооружений необходимо соблюдать следующие нормы:

— СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003;

— СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного натяжения бетона;

— ГОСТ 5781-82* Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия;

— ГОСТ Р 52544-2006 «Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций»;

— ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций;

— ГОСТ 6727-80 «Проволока из низкоуглеродистой стали холоднотянутая для армирования железобетонных конструкций»;

— ГОСТ 13840-68 «Канаты стальные арматурные 1х7»;

— ГОСТ 31938-2012 Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций.

Также есть руководства и пособия к СНиП по проектированию железобетонных конструкций:

— Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения);

— Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003);

— Пособие по расчету бетонных и железобетонных конструкций на ЭВМ (к СП 63.13330.2012).

Статья из buildingbook.ru