Руководство по проектированию железобетонных конструкций с жесткой арматурой

Арматура для железобетонных конструкций

Арматура (от лат. armature – снаряжение) элемент железобетонной (стеклопластбетонной, фибробетонной) конструкции, предназначенный для восприятия растягивающих, изгибающих и сдвигающих усилий. Необходимое количество арматуры определяют расчетом элементов конструкций на нагрузки и воздействия.
Сталь для нужд строительства (арматурная сталь) подразделяется на две группы – стержневую и проволочную(рис. 1).

Рис. 1. Арматура для железобетонных конструкций:а – стержневая периодического профиля класса А-II; б – то же, классов А-III, А-IV, А-V и А-VI; в – проволочная периодического профиля класса Вр-II; г – арматурные канаты класса К-7; д – арматурные пучки; 1 – вмятины; 2 – анкер; 3 – проволока диаметром 4 – 5 мм; 4 – спираль; 5 – однорядный пучок; 6 – канаты класса К-7; 7 – многорядные пучки

При выполнении арматурных работ следует руководствоваться:- СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции,- ГОСТ 10922-90. Арматурные и закладные изделия сварные, соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций,- СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyright

Арматура для железобетонных конструкций подразделяется:• по материалу – на стальную и неметаллическую;• по технологии изготовления – на горячекатаную стержневую диаметром 6-90 мм и холоднотянутую круглую проволочную диаметром 3-8 мм в виде обыкновенной или высокопрочной проволоки, а также арматурных канатов и прядей;

• по профилю – на круглую гладкую и периодического профиля. Арматура периодического профиля имеет фигурную поверхность, чем достигается ее лучшее сцепление с бетоном;• по принципу работы в железобетонной конструкции – на ненапрягаемую и напрягаемую;• по назначению – на рабочую арматуру, воспринимающую в основном растягивающие напряжения;

Особую группу составляет стальная жесткая арматура в виде тавровых балок и другого проката, применяемая для армирования высотных зданий, специальных сооружений, и так называемая дисперсная арматура в виде рубленого стекловолокна или асбеста, используемая главным образом для армирования цементного камня.

Жесткая арматура до отвердения бетона работает как металлическая конструкция на нагрузку от собственного веса, веса подвешиваемой к ней опалубки и свежеуложенной бетонной смеси. Она может быть целесообразна для монолитных большепролетных перекрытий, сильно загруженных колонн нижних этажей многоэтажных зданий и др.

. Расчет по прочности железобетонных элементов с жесткой арматурой следует производить в соответствии с указаниями главы СНиП II-21-75 и с учетом рекомендаций настоящего раздела.

. Расчет по прочности железобетонных элементов с жесткой арматурой производится для сечений, нормальных к их продольной оси, а также для наклонных к ней сечений под углом 45°; при наличии крутящих моментов не учитывается работа жесткой арматуры на кручение.

сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю;

сопротивление бетона сжатию условно представляется напряжениями, равными Rип (умноженными, в необходимых случаях, на коэффициенты условий работы), равномерно распределенными по части сжатой зоны, условно именуемой «сжатой зоной»;

растягивающие напряжения в жесткой и гибкой арматуре принимаются не более расчетных сопротивлений растяжению Rаж и Rа, умноженных, в необходимых случаях, на коэффициенты условий работы;

сжимающие напряжения в жесткой и гибкой арматуре принимаются не более расчетных сопротивлений сжатию Rаж и Rас, умноженных, в необходимых случаях, на коэффициенты условий работы.

. Объемный вес железобетона с жесткой арматурой подсчитывается как сумма веса бетона и всей арматуры на единицу объема конструкции.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreators

. При расчете по прочности железобетонных элементов принимается, что предварительное загружение жесткой арматуры до бетонирования в процессе возведения здания не снижает прочности железобетонного элемента.

РАСЧЕТ ПО ПРОЧНОСТИ СЕЧЕНИЙ, НОРМАЛЬНЫХ К ПРОДОЛЬНОЙ ОСИ ИЗГИБАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

. Расчет по прочности нормальных сечений изгибаемых элементов следует производить в соответствии с указаниями главы СНиП II-21-75. При применении жесткой арматуры в виде прокатных профилей (двутавр, швеллер) из стали марки Ст 3 допускается упрощенный расчет нормальных сечений изгибаемых элементов, приведенный в п.п. 3.7 – 3.14.

Относительная высота сжатой зоны ξ определяется отношением высоты сжатой зоны х к рабочей высоте сечения h0, равной расстоянию от сжатой грани до равнодействующей усилий в растянутых жесткой и гибкой арматурах.

где ξ0 – характеристика сжатой зоны бетона, определяемая по формуле (2);

– наибольшая из величин расчетных сопротивлений гибкой или жесткой арматуры.

Значения ξR можно принимать по табл. 1.

случай 1 – нейтральная ось не пересекает профиль жесткой арматуры;

случай 2 – нейтральная ось пересекает стенку профиля жесткой арматуры;

случай 3 – нейтральная ось пересекает полку профиля жесткой арматуры.

РАСЧЕТ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ

. Случай 1 (рис. 1,а).

. Случай 2 (рис. 1,б).

При несимметричном профиле жесткой арматуры с усиленной растянутой зоной жесткая арматура заменяется при расчете симметричной, а избыток площади жесткой арматуры учитывается в величине Fa. Однако при проектировании следует соблюдать условие х£ξRh0.

. Случай 3 (рис 1,в).

Если при определении х по формуле (3) окажется, что нейтральная ось пересекает профиль жесткой арматуры, а при проверке по формуле (6) – не пересекает профиля, то расчет следует производить по случаю 3, полагая, что нейтральная ось проходит в пределах толщины верхней полки профиля жесткой арматуры.

Верхняя полка, лежащая на нейтральной оси, должна быть исключена из расчета как нерабочая.

. Случаи расположения нейтральной оси для прямоугольного сечения

а – случай 1, б – случай 2, в – случай 3

При этом, если (где h0 определено по случаю 1), то прочность сечения проверяется из условия (5).

РАСЧЕТ ТАВРОВЫХ СЕЧЕНИЙ

а) если нейтральная ось проходит в полке, то расчет производится, как для прямоугольных сечений с шириной, равной ширине полки ;

б) если нейтральная ось проходит в ребре, то расчет производится с учетом сжатия в ребре, согласно п.п. 3.12 – 3.14.

Вводимая в расчет ширина полки принимается как для элементов с гибкой арматурой в соответствии с указаниями главы СНиП II-21-75.

. Случай 1 (рис. 2,а).

Если х {amp}gt; ξRh0, то прочность сечения проверяется из условия (10), принимая х = ξRh0

. Случай 2 (рис. 2,б).

При несимметричном профиле жесткой арматуры следует учитывать рекомендации п. 3.9.

По назначению бывает арматура:

• рабочая арматура (сечение назначается по расчету, воспринимает усилия в элементах от основной нагрузки)
• конструктивная (распределительная) (сечение назначается по минимальному проценту армирования, воспринимает усадку/расширение, температуру воздействия)
• монтажная (устанавливается для объединения рабочей и конструктивной в сетки и каркасы)
• анкерная (закладные детали)

• поперечная – арматура, которая препятствует образованию наклонных трещин от возникающих скалывающих напряжений вблизи опор и связывает бетон сжатой зоны с арматурой в растянутой зоне;
• продольная – арматура, которая воспринимает растягивающие напряжения и препятствует образованию вертикальных трещин в растянутой зоне конструкции.

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

– гладкая арматура (ровная матовая поверхность по всей длине);

– периодического профиля (выступы, насечки ребра). Такая форма позволяет увеличивать сцепление с бетоном и соответственно упрочняет конструкцию. На сегодняшний день выпускают 3 разновидности периодического профиля – серповидный, кольцевой и смешанный.) Профиль арматуры влияет на степень сцепления её с бетоном.

Кольцевидный (а) профиль соответствует ГОСТу 57-81, серповидный профиль (б) присущь европейским производителям, но и отечественные заводы так-же выпускают арматуру этого профиля. Профиль смешаный (в) – это относительно новый профиль повышенного сцепления, введённый для арматуры класса А500, т.е. арматуры более низкого класса с таким профилем не производится.

В зависимости от химического состава, прочности, технологии проката, послепрокатной обработки, свариваемости, коррозионной стойкости, и т.д. – арматурная сталь имеет определённую маркировку. Классы арматурной стали обозначаются в виде литеры А с буквенно-цифровым индексом.

Стержневая арматура

Стержневая арматура выпускается периодического профиля, с расположением выступов по винтовой линии или “елочкой”, и в меньших количествах – гладкого профиля. В зависимости от механических свойств стержневую арматуру делят на несколько классов: горячекатаную А-I – А-VI (старое обозначение) или с указанием предела текучести (в новой редакции) А240 – А1000, термомеханически или термически упрочненную Ат-IIIС – Ат-VII или Ат400 – Ат1200.

В настоящее время повсеместно происходит переход на использование в строительном производстве термомеханически упрочненной стержневой арматуры класса А500С диаметром 6 – 40 мм и холоднодеформированной стали того же класса прочности диаметром 4-12 мм, обозначаемого как В500С. Арматура класса А500С рекомендована НИИЖом для повсеместного применения наряду и взамен всех нижележащих классов проволочной и стержневой арматуры номинальных диаметров, в том числе АI – АIII.

Проволочная арматура

Проволочная арматура поставляется двух классов: В-I (В500) (холоднотянутая низкоуглеродистая – для ненапрягаемой арматуры) и В-II (высокопрочная углеродистая – для напрягаемой арматуры). Высокопрочную проволоку изготовляют гладкого и периодического профилей. При обозначении класса проволоки периодического профиля к индексу “В” (волоченая) добавляют “р” (рифленая):

Вр-II (Вр1500). Выпускаются также унифицированные легкие товарные арматурные сетки – плоские и рулонные. Сетки состоят из продольной и поперечной арматуры. Изготовляют их с помощью контактной сварки из низкоуглеродистой проволоки диаметром 3-7 мм и низколегированной стали класса А-III. Длина сетки – до 9 м, ширина – 1,5-3 м.

Строителям стержневую арматурную сталь диаметром 6 мм и более поставляют в прутках длиной от 6 до 12 м, по особому заказу поставляется арматурная сталь длиной до 24 м. Стержневую арматурную стать диаметром до 10 мм и проволочную поставляют в бунтах, унифицированные плоские сетки – в пакетах, рулонные сетки поставляются в рулонах.

Монтажная арматура

Монтажная арматура никаких усилий не воспринимает и служит для сборки каркасов и удержания всей установленной арматуры в проектном положении. При бетонировании монтажную арматуру иногда вынимают. Кроме того, монтажная арматура может воспринимать обычно не учитываемые расчетом усилия от усадки бетона, изменения температуры конструкции и т.п.

Классификация

• А-I, А-II, А-III, А-IV, А-V, А-VI. Устаревшая маркировка по ГОСТ 5781-82
• А240, А300, А400, А500, А600, А800, А1000 – Современное обозначение.
• Ат400, Ат500, Ат600, Ат800, Ат1000, Ат1200 Термически упрочнённая арматура строительная для изготовления железобетонных изделий и ЖБК. Существует термомеханически упрочнённая арматурная сталь, которую применяют на заводах ЖБИ, при изготовлении преднапряжённых конструкций и изделий. Например: преднапряжённые плиты перекрытия.

Дополнительные обозначения, в зависимости от эксплуатационных характеристик.

• Литера А в начале маркировки означает, что это стержневая арматура;
• Литера В в начале маркировки – это проволока;
• Литера К в начале маркировки – это канаты;
• Литера С, указанная после цифр, говорит о том, что эту арматуру можно варить электросваркой. В основном, в частном строительстве арматурные каркасы вяжут проволокой. Но если применяется электросварка, необходимо быть уверенным в том, что Ваши арматурные стержни можно сваривать. Например: арматура А500С;
• Литера Т говорит о том, что данная арматура термически упрочнённая;
• Литера В – арматура упрочнена вытяжкой;
• Литера К, указанная в классе, обозначает стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Что же выбрать? Практика

Для армирования монолитных ленточных фундаментов в основном используется арматура периодического профиля класса А-III (А400)  из марок стали 35ГС, 25Г2С. Такая стальная арматура представляет собой круглые профили с двумя продольными ребрами и поперечными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии.

Периодический профиль арматуры обеспечивает лучшее сцепление арматуры с бетоном, в отличие от арматуры гладкого профиля, которая рекомендуется в применении в качестве обвязки (хомутов) продольных стрежней арматуры. Маркировка А400 соответствует пределу текучести данного класса стальной арматуры (390 Н/мм2).

Этот класс арматуры уже является устаревшим. С 1990-х годов европейские страны перешли на единый класс свариваемой арматуры с пределом текучести 500 Н/мм2. Применение такой арматуры класса А500С вместо арматуры класса А400 (А-III) обеспечивает более 10 % экономии стали в строительстве. Арматура А-400 и А500С периодического профиля выпускается в отечественном варианте с кольцевыми выступами (вариант “а” на рисунке выше) и в варианте с серповидными выступами (вариант “б” на рисунке выше).

Кольцевой профиль (а) обеспечивает лучшую прочность сцепления арматуры с бетоном, а серповидный профиль (б) позволяет повысить выносливость арматуры к периодически повторяющимся нагрузкам. Для армирования фундаментов лучше подходит отечественный кольцевой профиль арматуры.  Реже встречается четырех сторонний серповидный профиль арматуры, который объединяет достоинства обоих видов периодического профиля арматуры (в).

Арматуру класса A-III (А400) соединять при помощи сварки не допускается. При локальном температурном воздействии происходит значительное ослабление структуры стали. Структурные изменения стали происходят в области сварки и в прилежащих участках на длину, равную четырем диаметрам арматуры в каждую сторону.

Для сварки предназначены только специальные свариваемые классы арматуры – А400С, А500С. В нормах Американского института бетона подчеркивается, что запрещается сварка перекрестий арматуры, которая может привести к надлому стрежней арматуры. Если класс арматуры не известен и требуется произвести сварное соединение продольных стрежней, то свариваемую арматуру (45-55% по длине стержня) необходимо предварительно нагревать до 200 °С, чтобы минимизировать потери прочности стали. Минимальная длина сварного шва должна соответствовать 10 диаметрам стержня свариваемой арматуры.

https://www.youtube.com/watch?v=channelUCnGFah_0LNyAC6LAjXtZXew

Самые популярные в бытовом строительстве диаметры продольной рабочей арматуры – 10, 12, 14 и 16мм. Поперечной монтажной – 6, 8мм.

Когда я покупал арматуру на свой фундамент, я ещё ничего из того, что сейчас пишу, не знал – просто пришёл в контору и заказал арматуру диаметром 12мм. Хорошо, что сохранились накладные, благодаря которым я знаю, что у меня в бетоне залита арматура А500С, чему я очень даже рад! Сейчас нам приходится ещё покупать арматуру и у меня уже сложились некоторые статистические наблюдения на этот счёт.