Железобетон сейчас очень востребован т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с другими технологиями (мы рассматривали сравнение железобетона и стальных конструкций в статье «Сравнение железобетона и металлокаркаса»):

— Более низкая стоимость по сравнению с металлокаркасом в большинстве случаев;

— Высокая пожаростойкость конструкции;

— Высокая коррозионная стойкость, обеспечиваемая защитой арматуры бетоном;

— Высокая скорость монтажа для сборного железобетона;

— Большой ассортимент готовых изделий из железобетона;

— Разработано достаточно много типовых серий на здания и хорошо отработана технология монтажа.

По прогнозам железобетон и в будущем будет одним из основных строительных материалов.

В этой статье мы разберем основные правила подбора арматуры, конструктивные требования.

Определение

Железобетон – это композиционный материал из бетона и стали, это не 2-а разнородных материала: бетон и сталь, а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, дополняя друг друга.

Бетон, как и любой другой искусственный камень, хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Использование арматуры и бетона вместе позволяет использовать преимущества как бетона (хорошо работает на сжатие и имеет хорошую пожаростойкость), так и арматуры (имеет хорошие показатели на растяжение).

Бетон, благодаря своей плотности и непроницаемости хорошо защищает стальную арматуру от коррозии. Кроме этого бетон имеет хорошую теплоёмкость и относительно низкую теплопроводность, поэтому он хорошо защищает арматуру при пожаре.

Запатентована данная технология была в 1867 г. французом Ж.Монье, но и до него известны случаи применение железобетона в России и Англии.

Как работает железобетон

Цель армирования легко показать на железобетонной балке, работающей на изгиб.

При изгибе балки верхние волокна сжимаются и бетон здесь работает хорошо. Нижние волокна при изгибе растягиваются и тут появляются трещины. При армировании нижней части балки растяжение будет воспринимать арматура.

Это позволяет использовать все преимущества бетона как искусственного камня и стальной арматуры, хорошо работающей на растяжение.

Арматура может быть не обязательно стальной, главное, чтобы материал хорошо работал на растяжение. Например, уже сейчас применяют арматуру из стекловолокна, которая имеет хорошие характеристики на растяжение и весит легче стальной арматуры (стекловолокно пока не применяют для строительства зданий, но в перспективе это возможно). Для армирования также широко используют тросы и даже бамбук.

Общие требования к железобетонным конструкциям

Бетонные и железобетонные конструкции всех типов должны удовлетворять требованиям:

— по безопасности;

— по эксплуатационной пригодности;

— по долговечности;

— а также дополнительным требованиям, указанным в задании на проектирование.

Требования к бетону

Требования к бетону вы можете прочитать в статье «Выбор бетона для строительных конструкций»

Класс бетона для несущих конструкций внутри здания принимается по расчету, но не ниже В15. Для фундаментов более важный критерий морозостойкость и водонепроницаемость, но класс бетона, морозостойкость и водонепроницаемость взаимосвязаны. Например, если нам требуется бетон класса В15, но с морозостойкостью F200, то и класс бетона будет не менее В22,5 т.к. эти параметры взаимосвязаны.

Классификация стальной арматуры

Для армирования конструкций могут использоваться:

А — горячекатаная арматура;

Ат – термомеханически упрочненная арматура;

В, Вр – холоднодеформированная арматура;

К – арматурные канаты.

Таблица расчета веса стержневой арматуры

Номер профиля (номинальный диаметр стержня dн)	Площадь поперечного сечения стержня, см2	Теоретическая масса, кг
			6	0,283	0,222
8	0,503	0,395
10	0,785	0,617
12	1,131	0,888
14	1,540	1,210
16	2,010	1,580
18	2,540	2,000
20	3,140	2,470
22	3,800	2,980
25	4,910	3,850
28	6,160	4,830
32	8,040	6,310
36	10,180	7,990
40	12,570	9,870
45	15,000	12,480
50	19,630	15,410
55	23,760	18,650
60	28,270	22,190
70	38,480	30,210
80	50,270	39,460

 Расчетное сопротивление арматуры

Расчетные значения сопротивления арматуры растяжению R_s приведены для предельных состояний первой группы в таблице 6.14 СП 63.13330.2012 , второй группы — в таблице 6.13 СП 63.13330.2012. При этом значения R_s,n для предельных состояний первой группы приняты равными наименьшим контролируемым значениям по соответствующим стандартам.

Таблица 6.13 (СП 63.13330.2012)

Класс арматуры	Номинальный диаметр арматуры, мм	Нормативные значения сопротивления растяжению Rs,n и расчетные значения сопротивления растяжению для предельных состояний второй группы Rs,ser, МПа
А240	6 — 40	240
А400	6 — 40	400
А500	10 — 40	500
А600	10 — 40	600
А800	10 — 32	800
А1000	10 — 32	1000
В500	3 — 16	500
Вр500	3 — 5	500
Вр1200	8	1200
Вр1300	7	1300
Вр1400	4; 5; 6	1400
Вр1500	3	1500
Вр1600	3 — 5	1600
К1400	15	1400
К1500	6 — 18	1500
К1600	6; 9; 11; 12; 15	1600
К1700	6 — 9	1700

Значения расчетного сопротивления арматуры сжатию R_sc принимают равными расчетным значениям сопротивления арматуры растяжению R_s, но не более значений, отвечающих деформациям укорочения бетона, окружающего сжатую арматуру: при кратковременном действии нагрузки — не более 400 МПа, при длительном действии нагрузки — не более 500 МПа.

Для арматуры классов В500 и А600 граничные значения сопротивления сжатию принимаются с понижающим коэффициентом условий работы. Расчетные значения R_sc приведены в таблице 6.14 (СП 63.13330.2012).

Таблица 6.14 ((СП 63.13330.2012))

Класс арматры	Значения расчетного сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа
	растяжению Rs	сжатию Rsc
А240	210	210
А400	350	350
А500	435	435 (400)
А600	520	470 (400)
А800	695	500 (400)
А1000	870	500 (400)
В500	435	415 (380)
Вр500	415	390 (360)
Вр1200	1050	500 (400)
Вр1300	1130	500 (400)
Вр1400	1215	500 (400)
Вр1500	1300	500 (400)
Вр1600	1390	500 (400)
К1400	1215	500 (400)
К1500	1300	500 (400)
К1600	1390	500 (400)
К1700	1475	500 (400)
Примечание — Значения Rsc в скобках используют только при расчете на кратковременное действие нагрузки.

Стандарты изготовления арматуры

ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций».

Наиболее распространенный ГОСТ на стальную арматуру. По данному стандарту изготавливается арматура A-I (А240), А-II (А300), А-III (А400), A-IV (A600), A-V (A800), A-VI (A1000). Цифра в скобках после буквы А обозначает нормативное значение сопротивления растяжению в МПа. Арматура класса А-I выпускается гладкой, остальные периодического профиля.

Пример условного обозначения арматуры согласно ГОСТ 5781-82

Арматурная сталь диаметром 20 мм, класса А-III: 20-А-III ГОСТ 5781-82

Но кроме этого рекомендую еще в скобках показывать предел прочности, например, 20-А-III (A400) ГОСТ 5781-82

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

Данный ГОСТ распространяется на арматуру А500С и В500С. Цифра после буквы А означает предел текучести стали в МПа.

Пример условного обозначения арматуры согласно ГОСТ Р 52544-2006

Арматурный прокат изготовляют номинальным диаметром:

до 6 мм — в мотках;

от 6 до 12 мм включительно — в мотках или прутках;

14 мм и свыше — в прутках.

Арматурный прокат в мотках номинальным диаметром 8 мм, класса В500С:

Моток 8-В500С ГОСТ Р 52544-2006

 Арматурный прокат в прутках, номинальным диаметром 12 мм, класса А500С, мерной длины (МД) 11700 мм:

Пруток 12 ´ 11700 — А500С ГОСТ Р 52544-2006

 Если длина не обозначена, то будет так:

 Пруток 12-А500С ГОСТ Р 52544-2006

ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций

Данный стандарт распространяется на термомеханически упрочненную арматуру следующих классов: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ат600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К и Ат1200. Цифра после букв Ат также означает предел текучести стали в МПа.

Обозначение арматурной стали должно содержать:

— номинальный диаметр (номер профиля), мм;

— обозначение класса прочности;

— обозначение ее эксплуатационных характеристик — свариваемости (индекс С), стойкости против коррозионного растрескивания (индекс К).

Примеры условных обозначений

Арматурная сталь диаметром 20 мм, класса прочности Ат800:

20Ат800 ГОСТ 10884-94

То же, диаметром 10 мм, класса прочности Ат400, свариваемой (С):

10Ат400С ГОСТ 10884-94

То же, диаметром 16 мм, класса прочности Ат600, стойкой против коррозионного растрескивания (К):

16Ат600К ГОСТ 10884-94

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

Стандарт для холоднотянутой проволоки диаметром 3, 4 и 5 мм. Используется в сетках, например, по ГОСТ 23279-2012.

Пример условного обозначения проволоки номинальным диаметром 3,0 мм:

Проволока 3 Bp1 ГОСТ 6727-80.

ГОСТ 13840-68 «Канаты стальные арматурные 1х7»

Канат из 7-ми прутков для армирования железобетонных конструкций. Применяются в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Примеры условных обозначений:

Канат семипроволочный условным диаметром 6,0 мм, условным пределом текучести 1500 Н/мм² (153 кгс/мм²), с отпуском:

6К7-1500 ГОСТ 13840-68

Канат семипроволочный условным диаметром 12,0 мм, условным пределом текучести 1500 Н/мм² (153 кгс/мм²), с отпуском под напряжением:

12К7-1500-С ГОСТ 13840-68.

ГОСТ Р 53772-2010 «Канаты стальные арматурные семипроволочные стабилизированные»

Ещё один ГОСТ на канаты (спасибо за ссылку Александру). Применяются в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Примеры условных обозначений:

Канат арматурный, семипроволочный, номинальным диаметром 15,2 мм, из круглой гладкой проволоки, с временным сопротивлением (классом прочности) 1860 Н/мм²:

К7-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010

То же, из проволоки периодического профиля :

К7Т-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010

То же, из круглой гладкой проволоки, пластически обжатый :

К7О-15,2-1860 ГОСТ Р 53772-2010

ГОСТ 31938-2012 Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций

Это сравнительно молодой материал для армирования конструкций, который может изготавливаться из стекловолокна, базальтового волокна, углеродного волокна и др. На данном этапе применяется больше экспериментально, но в будущем может вполне заменить традиционную арматуру т.к. при той же прочности данная арматура весит меньше и в перспективе может стать дешевле стальной.

Условное обозначение АКП должно включать в себя: условное обозначение вида изделия по типу армирующего волокна, номинальный диаметр, значение предела прочности при растяжении, значение модуля упругости при растяжении и обозначение настоящего стандарта.

Примеры условного обозначения:

— арматуры стеклокомпозитной, диаметром 12 мм, пределом прочности при растяжении 1000 МПа, модулем упругости при растяжении 50 ГПа:

АСК—12—1000/50 — ГОСТ 00000—2012

— арматуры композитной комбинированной, содержащей одновременно непрерывные армирующие наполнители из стекловолокна и базальтоволокна (армирующий наполнитель из стекловолокна является основным, из базальтоволокна дополнительным), диаметром 10 мм, пределом прочности при растяжении 1300 МПа, модулем упругости при растяжении 90 ГПа:

АКК (СБ)-10—1300/90—ГОСТ 00000—2012

 Защитный слой бетона

Арматура, расположенная внутри сечения конструкции, должна иметь защитный слой бетона (расстояние от поверхности арматуры до соответствующей грани конструкций) чтобы обеспечивать:
— совместную работу арматуры с бетоном;
— анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;
— сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе при наличии агрессивных воздействий);
— огнестойкость и огнесохранностъ.

Защитный слой бетона — толщина слоя бетона от грани элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня.

Минимальная толщина защитного слоя бетона назначается согласно п. 8.3.2 СП 52-101-2003 или согласно таблице 5.1 Пособия к СП 52-101-2003.

Минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры следует принимать по табл. 5.1 Пособия к СП 52-101-2003.

Таблица 5.1 Пособия к СП 52-101-2003

№ п/п	Условия эксплуатации конструкций здания	Толщина защитного слоя бетона, мм, не менее
1.	В закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности	20
2.	В закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	25
3.	На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	30
4.	В грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий), в фундаментах при наличии бетонной подготовки	40
5.	В монолитных фундаментах при отсутствии бетонной подготовки	70

Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры, указанные в табл. 5.1, уменьшают на 5 мм.

Для железобетонных плит из бетона класса В20 и выше, изготовляемых на заводах в металлических формах и защищаемых сверху в сооружении бетонной подготовкой или стяжкой, толщину защитного слоя для верхней арматуры допускается принимать 5 мм.

Для конструктивной арматуры минимальные значения толщины защитного слоя бетона принимают на 5 мм меньше по сравнению с требуемыми для рабочей арматуры.

Во всех случаях толщину защитного слоя бетона следует также принимать не менее диаметра стержня арматуры.

В изгибаемых, растянутых и внецентренно сжатых (при M_l/N_l > 0,3h) элементах, кроме фундаментов, толщина защитного слоя для растянутой рабочей арматуры, как правило, не должна превышать 50 мм. В защитном слое толщиной свыше 50 мм следует устанавливать конструктивную арматуру в виде сеток. При этом площадь сечения продольной арматуры сеток должна быть не менее 0,05А_s, шаг поперечной арматуры должен не превышать высоты сечения и соответствовать указаниям п. 5.18. (п.5.8 Пособия к СП 52-101-2003)

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;

1,5h 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 2t 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  l₀/i ≤ 17 (для прямоугольных сечений  l₀/h ≤ 5 );

0,25 % — во внецентренно сжатых элементах при гибкости  l₀/i ≥ 87 (для прямоугольных сечений  l₀/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 0,5h₀ 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 0,75h₀ 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 15d 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 10d 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 h₀ и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h₀/3 и не далее h₀/2 от этого контура. При этом ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1/5h₀.

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 = h₁h₂R_bt,          (8.2)

здесь R_bt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

h₁ — 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;

h₂ — 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 0,3l_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 0,4al_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).