Армирование оконных проемов в монолитных стенах
Обновлено: 24.04.2024
Армирование монолитных балок
В предыдущей своей статье я рассказывал об армировании монолитных конструкций на примере монолитной плиты перекрытия. Рассказал технологиях, немного истории изобретения железобетона в принципе и о физике работы железобетона. Кроме перекрытий из монолитного железобетона изготавливают балки, консоли, стены, колоны, ростверки и многие другие конструкции. Применение в частном домостроении находят в основном балки, как на заглавной фотографии, стены, приямки, иногда колонны. Особенный интерес и сложность вызывают балки если балка банально опирается на две стены и с двух сторон на неё опираются например плиты перекрытия, то работает в ней арматура только на изгиб. Гораздо сложнее будет схема работы балки, если перекрытие опирается на неё только с одной стороны. В такой балке появляются силы, которые будут эту балку скручивать. Я не буду описывать Вам процесс расчета балки, если она работает на скручивание, просто скажу как она обычно армируется. В балках применяется 3 типа хомутов:
Начну с третьего, самого простого, открытого хомута - его задача удержание продольных элементов в проектном положении. Он не предназначен для восприятия скручивающих нагрузок, используется при армировании балок объединенных с плитами, образующими ребристое перекрытие на самом деле достаточно редко.
Второй очень распространённый тип хомута применяется в большинстве балок и колонн, не воспринимающих скручивающие нагрузки.
Ну и первый тип - применяется в балках и колоннах, испытывающих скручивающие нагрузки. Самый простой пример - армопояс, который одновременно служит опорой этажного перекрытия и надоконный перемычкой.
Сразу покажу как неправильно
Армирование монолитных балокАрмопояс в данной конструкции объединен с оконной перемычкой, но хомуты установлены неправильно. Хомут должен иметь больший перехлест и обязательно оканчиваться крючком. В принципе это общее правило применения гладной арматуры - она всегда имеет крючок на конце для обеспечения анкеровки в бетон, иначе она легко проскользнет и не будет работать совместно с бетоном.
Над окном такой пояс будет испытывать скручивающую нагрузку от воздействия перекрытия. В нем обязательно должны быть установлены хомуты 1-го типа. Концы хомута 1-го типа не должны быть заведены с перехлестом не менее 30 диаметров арматуры. То есть хомут из арматуры диаметром 8 мм, должен иметь перехлёст не менее 240 мм.Для изготовления хомутов по месту иногда применяют приспособление в виде куска арматуры и приваренной к ней гайки большого диаметра. Но желательно хомуты и саму балку изготавливать отдельно, хомуты гнуть при помощи простейшего ручного гибочного станка по шаблону. Балку собирать на импровизированным стапеле.
Тоже очень ровная и аккуратная балка, видно что работали неплохие специалисты, но ошибок все равно не избежали - пресловутые крючки.
Кстати, на данной фотографии представлен импровизированный стапель, на котором балку можно собирать. Это происходит в следующей последовательности. Сначала укладываются верхние стержни, одеваются хомуты, вставляются нижние стержни, все провязывается и балка готова. Обратите внимание поскольку вставлять длинные стержни в хомуты сложнее чем просто укладывать на опору балка собрана вверх ногами, то есть нижние стержни на этой фотографии находятся вверху.
Еще есть одна тонкость, связанная с размещением хомутов по длине балки. Балка условно делится на три части. Две приопорные части как это понятно из названия и центральную пролетную часть.
Если нагрузка на балку равномерная - то длина приопорных частей равна четверти пролета. Если на белке есть сосредоточенная нагрузка - например на нее опирается еще какая-то балка, то приопорная часть продлевается до места сосредоточенной нагрузки, при этом ее длина все равно не может быть меньше четверти пролета.
Шаг установки хомутов для пролетной части равен половине высоты балки но не более 150 мм. Для остальной части балки - 3/4 высоты балки, но не более 500 мм. Впрочем для частного домостроения такие большие балки не встречаются.
Впрочем правильно разместить хомуты это дело конструктора, Вас надо знать как их выполнять и еще, как они обозначаются на чертеже.
Фрагмент чертежа простой балки Фрагмент чертежа простой балкиНа данном фрагменте чертежа показано армирование небольшой перемычки длиной каркаса 2180 мм, высотой 222 мм и шириной 97 мм. Это стандартная брусковая оконная перемычка так марки 3ПБ22-3П
Применяется такая перемычка для перекрытия оконных проемов шириной до 1900 мм. Это достаточно широкое окно. Обратите внимание для устройства перемычки применены следующие размеры арматуры - в нижнем сечении 2х10 мм в стандартном типе обозначенном цифрой I и 2х14 мм в усиленной перемычке типа II. Верхняя арматура в обоих типах диаметром всего 6 мм причем это гладкая арматура. Хомуты выполнены также из арматуры диаметром 6 мм. Шаг хомутов над опорой - 85 мм, в приопорной части - 100 мм, в пролете 150 мм. Такие перемычки изготавливаются на заводах и готовыми завозятся на строительные площадки для установки в наружные стены и перегородки многоэтажных домов.
Я специально взял типовую рассчитанную в проектных институтах перемычку. И вот вырезка из проекта одного из частных домов
Армирование монолитных балокТри ряда арматуры над окнами, 16 и 12 мм диаметр, суммарная высота перемычки с учетом армопояса дома 400 мм., а потом мы удивляемся почему строить дом так дорого. А пролет шириной всего 1600 мм, в то время как типовая для кирпичной кладки на пролет 1900. Причем чем больше высота перемычки, тем эффективнее работает арматура в ней то есть ее можно использовать куда меньшего диаметра.
Просто считать никто не хочет, делаем по принципу в некотором типовом проекте видел арматуру диаметром 10 мм, поставлю себе 12 чтобы уж точно, следующий проектировщик видит 12, себе ставит 14 и т.д.
На этом тему балок и перемычек закрываю дабы не углубляться в сложные расчетные дебри. Желаю всем удачного строительства и качественных проектов.
Мифы про армирование подоконной зоны в газобетонном доме
Одним из проблемных мест в домах из каменных материалов является зона под окнами. Происходит это по той причине, что в углах оконного проема концентрируется высокое напряжение, которое приводит к появлению трещин на углах. Этот вопрос один из спорных, поэтому остановимся подробнее на мифах, связанных с ним.
Армирование требуется для повышения прочности кладки
На самом деле армирование появилось в строительстве в качестве ответа на распространение цементно-песчаных смесей и легких стеновых материалов. Трещиностойкость и эластичность таких конструкций снизилась, поэтому арматура стала нужна, чтобы уменьшить растягивающие нагрузки.
Температурно-усадочные трещины в кладке возникают всегда, а армирование препятствует раскрытию этих трещин. По этой причине арматуру закладывают в тех местах, где возникают значительные напряжения.
Подоконную зону надо армировать на длину всего ряда
Часто можно встретить информацию, что армированию подлежит каждый четвертый ряд кладки (каждый метр - 250 мм*4). Обычно этим рядом оказывается подоконный ряд. На самом деле это неполная формулировка, так как армированию подлежит каждый четвертый ряд простенков протяженностью более 6 м. Соответственно армированию подлежит весь ряд в том случае, если рядом с окнами располагается такой простенок.
Подоконную зону армируют только в зоне проема
Это "перегиб" от прошлого мифа, но уже в другую сторону. Тут экономия арматуры доходит до того, что армируют только нижнее сечение проема. Эта ошибка происходит от неправильного понимания смысла армирования. Напряжение возникает в углах, поэтому и трещина пойдет именно от углов, а не от подоконной зоны. Чтобы снять эти напряжения, нам нужно вывести арматуру за пределы подоконной зоны на 90 см.
В альбомах технических решений некоторых компаний, производящих газобетон, рекомендуют 50 см.
Размер штробы под арматуру должен быть не меньше 40 мм.
Этот норматив был рассчитан для использования цементно-песчаных растворов. Сейчас при кладке газобетона в частном строительстве в большинстве случаев используется минеральный клей, а также набирает популярность кладка на клей-пену. Два последние способа кладки обеспечивают лучшую адгезию к блокам, чем ЦПС, поэтому достаточно штробы 25 х 25 мм. С соблюдением расстояния до края блока 50-60 мм.
При кладке на ЦПС размер штробы надо делать 40 - 60 мм.
Кладка на клей-пену не требует армирования
Шов заполненный полиуретановым клеем имеет определенную деформативность, но эти деформации не способны компенсировать температурных усадок, которые вызывают трещины. По этой причине армирование рекомендуется делать и при кладке на клей-пену.
Арматуру нужно класть под подоконный ряд
Этот миф пришел из кирпичной кладки. При армировании кирпичной стены армирующую сетку принято закрывать рядом кладки сверху для защиты от коррозии. При этом не учитывается, что высота ряда кирпича значительно меньше, чем высота ряда газобетона (65 мм + шов 10 мм у кирпича и 250 мм + шов 1 - 3 мм у газоблоков). Получается, что арматура при укладке под подоконный ряд газобетона расположена на 250 мм ниже точки, откуда начнет образовываться трещина.
Правильнее располагать арматуру на подоконных блоках, а не под ними. Арматура будет защищена от коррозии, так как она будет находиться внутри штробы. Если до проема осталось расстояние меньше высоты блока, то делается доборный ряд из обрезанных блоков или из блоков меньшей толщины, положенных на боковую плоскость. Тогда арматура располагается под доборным рядом.
Для армирования можно использовать только стальную прутковую арматуру
В большинстве случаев рекомендуют использовать прутковую стальную арматуру периодического профиля толщиной 6 или 8 мм, но аналоги соответствующие по прочности являются допустимыми. К таким аналогам относится композитная арматура, оцинкованные перфополосы и арматурные каркасы для тонкого шва. Последние два варианта удобны тем, что для них не требуется делать штробы. В этом вопросе важно просчитать соотношение затрат на материал и на работу.
Армирование монолитных конструкций
Для начала немного истории. Изобретение железобетона началось с открытия цемента. Первый цемент был получен в 1796 году англичанином по фамилии Паркер. Цемент был получен путем обжига глины и известкового камня. Полученные смеси на основе цемента с добавлением песка и щебня применялись в строительстве для устройства перегородок, малопролетных балок. Материал получился высокопрочным на сжатие, огнестойким, достаточно дешевым. Применение его было ограниченно низкой прочностью материала на разрыв.
Некоторые принципиально похожие на современный железобетон конструкции применялись даже в 1802 году при строительстве Царскосельского дворца в г. Царское село, пригороде Санкт-Петербурга. Тогда были использованы металлические стержни совместно с вяжущим веществом - известковым тестом для устройства перекрытий дворца.
Однако до совмещения бетона и арматуры было еще далеко. Как ни странно предложения по устройству конструкций из бетона, пронизанного металлическими стержнями поступавшие от строителей: в 1854 году английский штукатур Вильям Вилкинсон получил патент на использование железобетона и даже возвел из него небольшой домик, а в 1861 году независимо от него француз Куанье издал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве» в которой описывал применение металлических стержней совместно с бетоном, не получили никакого распространения и массового применения.
А вот честь открытия железобетона почему-то принадлежит садовнику Жозефу Монье. Он изготавливал из цементобетона декоративные кадки для садовых деревьев, когда они трескались от прорастающих корней решил скрепить из железными обручами, а чтобы не портить внешний вид обручи снова обмазал пескобетоном. Получилась очень удачная конструкция, Монье как весьма предприимчивый человек начал думать над применением данной системы, разработал и построил мост, запатентовал железобетонные балки и в конце концов в 1880 году получил общий патент на применение железобетона. Не будучи строителем он не мог правильно оценить взаимодействие и совместную работу металла и бетона, в частности он рекомендовал располагать армирующие сетки по центру конструкции.
Но тут уже в дело вступили профессиональные строители усовершенствовавшие технологию, рассчитавшие и правильно расположившие армирующие сетки в бетоне. Не могу здесь не упомянуть немецкого инженера Гюстава Вайса, который выкупил патент Монье, произвел исследования конструкций соединяющих железо и бетон и в 1887 году перенес арматуру из середины бетонной плиты в ее нижнюю часть тем самым значительно увеличив ее рабочий пролет и положив начало современному монолитному строительству.
Итак, к чему же пришло современное представление о железобетоне. Здесь я расскажу о том как правильно в соответствии с нормами современного строительства произвести армирование конструкции и как проверить правильность выполнения этих работ если вы являетесь Заказчиком.
Основные направления применения монолитных конструкций - это различные виды балок. Да, и перекрытие - тоже технически балка, просто широкая и тонкая. Рассчитывается данная конструкция в сечении по пролету. Рассмотрим картинку:
Зоны работы свободной балки в пролете Зоны работы свободной балки в пролетеКак видно в продольном сечении есть несколько зон. Верхняя часть белки в пролете - сжимается, нижняя - растягивается. Над опорами все ровно наоборот. Конечно если балка свободная, то есть ее опирание на опоры не защемлено, то растяжение над опорной части незначительно.
Как я писал выше в железобетоне на растяжение работает именно арматура, бетон же славится своей прочностью на сжатие.
На нижнем рисунке указан армирующий стержень который воспринимает нагрузку растяжения в нижней части пролета и не дает конструкции разрушится.
Теперь немного физики на пальцах. Все мы инстинктивно понимаем закон рычага, тот самый рычаг которым Архимед грозился перевернуть землю. Как ломается балка или другая конструкция. Мне почему-то легче представить это в вертикальном положении. Вот есть стержень, например карандаш, нижний конец жестко зажат в тиски, а верхний я начинаю изгибать. Естественно усилие воздействует на ту точку, которая зажата в тиски, чес длиннее карандаш тем легче его сломать, у моего воздействия больший рычаг.
Сопротивляется моему воздействию карандаш сжимая свою часть, направленную в сторону моего воздействия, растягивая противоположную. Рычаг этого сопротивления связан с толщиной этого карандаша. При этом если глянуть вглубь, то внутренние части стержня растягиваются и сжимаются меньше, то есть их вклад в сопротивление меньше.
Если развернуть горизонтально, положить наш карандаш-балку на опоры и начать на него давить картина будет приблизительно та же. Причем стоит отметить что если концы карандаша защемить то он будет выдерживать большую нагрузку ибо в работу включатся верхние части защемленных концов работая на растяжение.
Собственно на пальцах это и есть весь принцип сопромата. Приложили нагрузку - возникла деформация в результате возникло напряжение которое стало сопротивляться нагрузке, пока все в пределах нормы все это упруго, связи между атомами материала не нарушаются, если нагрузка слишком большая деформация становится слишком большой, расстояния между атомами вещества увеличиваются так сильно, что атомные связи разрушаются и все ломается, течет и падает. Задача инженера вовлечь в работу наибольшую часть конструкции обеспечив максимальную реакцию при небольшой деформации.
Теперь к нашему частному домику. Все эти описания наверху я делал для того, чтобы объяснить общие принципы работы армированной конструкции. Поняв эти принципы вы сможете на глаз определить правильно ли выполнено армирование, добавим некоторые способы соединений и собственно все, что вам надо знать.
ВВЕДЕНИЕ
Арматурный прокат для железобетона является одним из самых массовых видов продукции черной металлургии.
С учетом все возрастающих темпов строительства объемы производства арматурного проката в обозримой перспективе будут только увеличиваться (табл. 1).
Прогноз производства железобетона и потребности в арматурных сталях в РФ до 2010 г .
Ввод жилья, строительные материалы
Ввод жилья, млн. м 2
Железобетон; всего **, млн . м 2
сборный железобетон, млн. м 3
предварительно напряженный железобетон. млн. м 3
Стальная арматура всех видов, тыс. т
Высокопрочная напрягаемая арматура, тыс. т
в том числе стержневая классов А800, A т800 и Ат1000
* Данные лаборатории арматуры НИИЖБ
** Оценочные данные ЦПЭ НИИЖБ
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.
Страна и стандарт
Класс арматуры и диаметр, мм
BS EN 10080:2005
Унифицированная свариваемая арматура имеет химический состав, определяемый содержанием в стали углерода не более 0,22 %.
Применение арматуры класса А500 вместо арматуры класса А400 (А- III ) обеспечивает более 10 % экономии стали в строительстве.
Для отечественного строительства возможна замена этим классом стали не только арматуры класса А400 (А- III ), но и гладкой арматуры класса А240(А- I ), применяемой в виде конструктивной арматуры в монтажных петлях, в закладных деталях и т.п.
Этим условиям в термомеханически упрочненном состоянии могут соответствовать низкоуглеродистые стали марок: Ст3сп, Ст3пс, Ст3Гпс или низколегированные стали типов 18ГС, 20ГС и т.п.
Учитывая вышеизложенное, в качестве эффективной арматуры для железобетонных конструкций, устанавливаемой по расчету, следует преимущественно применять арматуру периодического профиля класса А500 (А500С, А500СП), а также арматуру класса В500 в сварных сетках и каркасах.
1) Отменен с 1 марта 2004 г.
Во второй части, оформленной в виде приложений 1 и 2, приводятся конструктивные требования к армированию основных элементов зданий из монолитного железобетона, а также примеры рабочей документации по армированию основных конструктивных элементов монолитных зданий с разными конструктивными схемами, построенных в Москве и разработанных ЗАО «Проектно-архитектурная мастерская "ПИК"», ЗАО «Трианон», КНПСО Центр «Поликварт», а также в НИИЖБ.
В работе использованы материалы исследований, в проведении которых принимали участие сотрудники: И.Н. Суриков, В.З. Мешков, B.C. Гуменюк, Г.Н. Судаков, К.Ф. Штритер, Б.Н. Фридлянов, И.С. Шапиро, АА. Квасников, И.П. Саврасов, О.О. Цыба, М.М. Козелков, А.Р. Демидов, С.Н. Шатилов, В.П. Асатрян. Оформление графической части издания выполнял А.А. Квасников с участием Л.А. Гладышевой, А.В. Лугового, Д.В. Плотникова, В.Я. Никитиной, Т.Н. Николаевой, Н.И. Федоренко и др.
1. ЭФФЕКТИВНАЯ АРМАТУРА ДЛЯ МОНОЛИТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
1.1 Стержневой арматурный прокат
В строительстве из монолитного железобетона для армирования применяется преимущественно стержневой арматурный прокат диаметром 10-40 мм (табл. 3).
Расход арматуры в жилищном строительстве Москвы
Класс и сортамент арматуры, мм
Расход стали на 1 м 2 , %
Монолитные здания с шагом более 4,2 м
Средний по многоэтажным жилым домам
монолитные с шагом до здания 4,2 м
Средний расход на 1 м 2 . кг
Рисунок 1 - Основные типы периодического профиля
а - кольцевой, ГОСТ 5781-82, fR = 0,10 (не нормируется); б - серповидный двусторонний, СТО АСЧМ 7-93, fR = 0.056; в - серповидный четырехсторонний, ТУ 14-1-5526-2006, fR = 0,075
По сравнению с «кольцевым» профилем по ГОСТ 5781-82 геометрия серповидного профиля имеет ряд преимуществ, относящихся к технологичности в современном прокатном производстве.
Плавное изменение высоты серповидных поперечных ребер и отсутствие их пересечений с продольными ребрами позволяет несколько повысить выносливость стержней при воздействии многократно повторяющихся нагрузок.
Существенным недостатком серповидного профиля являются сниженная по сравнению с кольцевым профилем прочность и жесткость сцепления арматурных стержней с бетоном вследствие меньшей площади смятия поперечных ребер при их увеличенном шаге.
Рисунок 2 - Базовые значения длины анкеровки стержневой арматуры по нормам проектирования СССР (РФ), CEN ( FIN ), США (ACI-318). Бетон В25 (М350), арматура А400 (A-III) диаметром 16 мм
Рисунок 3 - Конструкция четырехстороннего серповидного профиля
По сравнению с двухсторонним серповидным новый профиль позволяет при той же высоте поперечных ребер увеличить их относительную площадь смятия fR в 1,3-1,4 раза при том, что шаг ребер в каждом ряду увеличивается на 10-15 %. Увеличенный шаг расположенных вразбежку поперечных выступов облегчает внедрение между выступами зернам крупного заполнителя, что повышает и прочность, и жесткость сцепления. Четырехрядная компоновка ребер делает более равномерным по контуру сечения стержня распределение расклинивающих бетон усилий распора, возникающих в зонах анкеровки или нахлестки арматуры.
Преимущества формы нового профиля подтвердили проведенные в НИИЖБ сравнительные исследования взаимодействия с бетоном стержней с кольцевым профилем по ГОСТ 5781-82, с серповидным двухсторонним по СТО АСЧМ 7-93 и новым (серповидным четырехсторонним). Так как минимальные нормируемые значения относительной площади смятия (критерий Рема) приняты для арматуры с серповидным двухсторонним профилем 0,056 и четырехсторонним 0,075, наиболее объективными будут считаться сопоставительные испытания на сцепление образцов арматуры с этими значениями критерия Рема. Характерные результаты испытаний на сцепление арматуры с бетоном приведены на рис. 4. Выполненными исследованиями обнаружена способность стержней с новым профилем при определенных условиях сохранять максимально достигнутую прочность сцепления даже при значительных пластических деформациях стержней при напряжениях на уровне предела текучести и даже выше.
Рисунок 4 - Деформации втягивания незагруженного конца стержня и энергоемкость разрушения сцепления арматуры с бетоном (профили: серповидные четырехсторонний и двухсторонний).
Rb =41,6 МПа; Ø16; l ап =8 d (130 мм)
В аналогичных условиях стержни и серповидного двухстороннего, и кольцевого профилей теряют прочность сцепления при значительно меньших пластических деформациях. То есть затрата энергии на разрушение сцепления (энергоемкость сцепления) при испытаниях на вытягивание, которая на рис. 4 выражена как площадь под диаграммой растяжения загруженного конца стержня, для нового профиля заметно выше. Это очень существенный фактор увеличения стойкости конструкции против прогрессирующего разрушения в условиях запредельной (катастрофической) стадии работы.
Отмеченное явление в поведении арматуры с четырехсторонним серповидным профилем в бетоне может быть объяснено его меньшей одноосной распорностью, обусловливаемой равномерным (объемным) характером распределения этих усилий по периметру (поверхности) стержня (рис. 5).
Рисунок 5 - Схема взаимодействия растянутого арматурного стержня с окружающим бетоном
1 - европейский профиль (серповидный двухсторонний); 2 - профиль нового типа (серповидный четырехсторонний); а - усилия в бетоне в зоне передачи напряжений с арматуры на бетон и характер трещинообразования в бетоне; б - распределение усилий распора в поперечном сечении
При одинаковых усилиях N вытягивания или вдавливания стержня из бетона или в бетон расклинивающие усилия на единицу длины арматуры с двухсторонним расположением
Р = n Р 1 ,
где при F sn = Fsn1,
Fsn , Fsn 1 , Fsn 2 - площади проекции поперечных ребер на плоскость, нормальную продольной оси стержня;
t 1 и t 2 - шаги поперечных ребер (рис. 5).
Среднестатистические диаграммы растяжения арматуры классов А500С и А500СП производства РУП «БМЗ» и Западно-Сибирского металлургического комбината приведены на рис. 6 и 7.
Рисунок 6 - Среднестатистическая диаграмма растяжения арматуры классов А500С и А500СП Ø10-40 производства РУП «Белорусский металлургический завод»
Рисунок 7 - Среднестатистическая диаграмма растяжения арматуры классов А500С и А500СП Ø10-28 производства ОАО «ЗапСибметкомбинат»
Усталостные испытания образцов проката с новым профилем показали, что по выносливости стержни с новым профилем не уступают стержням с профилем по СТО АСЧМ 7-93, что объясняется более чем вдвое уменьшенным по сравнению с ГОСТ 5781-82 числом пересечений продольных и поперечных ребер, а также исключением замкнутости формы поперечных ребер (высота всех ребер плавно сводится на нет).
Арматурную сталь с серповидным четырехсторонним профилем класса А500СП поставляет Западно-Сибирский металлургический комбинат по ТУ 14-1-5526-2006 «Прокат арматурный класса А500СП с эффективным периодическим профилем». Применение этого арматурного проката в строительстве регламентировано стандартом организации ФГУП «НИЦ «Строительство» СТО 36554501-005-2006.
Эффективность применения арматурного проката класса А500СП приведена в табл. 4.
Эффективность применения арматурной стали класса прочности 500 МПа
Нормативные документы, механические свойства, области применения, эффективность, потребительские и технические характеристики
Ст3СП, Ст3ПС, Ст3ГПС, 18ГС, 20ГСФ
Документы для поставки
СТО АСЧМ 7-93 , ТУ 14-1-5254-2006, ТУ 14-1-5526-2006
Документы для расчета, проектирования и применения в железобетонных конструкциях
Угол изгиба при диаметре оправки C =3 d
Расчетное сопротивление растяжению Rs , МПа
Расчетное сопротивление сжатию Rsc , МПа
Нормативное сопротивление Rsn , МПа
Применение при отрицательных температурах
Применение дуговой сварки прихватками крестообразных соединений
Вид профиля арматуры, минимальное значение критерия Рема fR
fR - не нормируется
fR = 0,056 кольцевой
Эффективность сцепления с бетоном
Высокая при эксплуатационных нагрузках, средняя - при критических (аварийных)
Эффективность сопротивления динамическим нагрузкам
Применение в качестве анкеров закладных деталей
Рекомендуется для повышения надежности
Применение в качестве монтажных петель
Возможный экономический эффект относительно арматуры класса А400 (А- III )
Применение в ответственных зданиях и сооружениях, в том числе проектируемых с учетом сейсмических и аварийных нагрузок
Рекомендуется для повышения надежности
Способ производства проката
Термомеханически упрочненный, холоднодеформированный
Термомеханически упрочненный, холоднодеформированный, горячекатаный
Маркировка класса арматуры
Прокатная на поверхности, не реже чем через 1,5 м
Примечание. Значение Rsc в скобках используют только при расчетах на кратковременное действие нагрузки.
1.2 Арматурный прокат, поставляемый в мотках (бунтах)
Диаметр арматуры, мм
В мотках, в стержнях
Применение арматуры в мотках практически исключает отходы при заготовительных операциях, позволяет механизировать производство сварных арматурных сеток, каркасов и других изделий.
Как видно из таблицы 5, арматурная сталь, поставляемая в мотках, применяется преимущественно в производстве сборного железобетона. В монолитном строительстве применение арматуры в мотках ограничивалось использованием в качестве хомутов колонн и пилонов, конструктивной арматуры стен, поперечной перекрытий и балочных изгибаемых элементов. Ее применение является рациональным при использовании в монолитном строительстве арматурных каркасов и сеток, изготавливаемых на специализированном арматурном производстве, укомплектованном правильно-отрезным оборудованием.
Применение арматуры, поставляемой в мотках, сдерживалось конструктивным ограничением СНиП 2.03.01-84*, п. 5.17, в котором для армирования внецентренно сжатых элементов монолитных конструкций требовался диаметр не менее 12 мм. Исключение этого ограничения в СП 52-101-2003 для железобетонных стен позволит проектировщикам широко использовать для армирования сжатых элементов арматуру диаметрами 8 и 10 мм, поставляемую как в мотках, так и в стержнях.
Одной из современных проблем строительного комплекса в России является неудовлетворенный спрос на арматуру периодического профиля в мотках. Так как многие металлургические предприятия пока не располагают техническими возможностями производить в мотках арматурный прокат требуемых размера и прочности в необходимых объемах, строители вынуждены перерасходовать до 20-30 % стали в изделиях из-за замены необходимой арматуры на имеющийся в наличии прокат большего диаметра.
Одним из направлений уменьшения дефицита арматуры диаметром до 12 мм является организация массового производства арматуры класса В500 по опыту Германии и других стран, где в качестве арматуры диаметром 4 - 12 мм применяют преимущественно холоднодеформированную сталь. Другое направление связано с освоением металлургами производства арматуры класса А500 диаметром 12 мм и менее в мотках. В обоих случаях необходимо предусмотреть расширение по сравнению со СТО АСЧМ 7-93 сортамента проката, что позволит уменьшить расход конструктивной (нерасчетной) арматуры и при определенных условиях решить задачу взаимозаменяемости арматуры одного класса прочности на другой класс без перепроектирования железобетонных конструкций. Соседние позиции существующего сортамента от 6 до 12 мм сильно отличаются по площади поперечного сечения (на 44-78 %), что вынуждает при проектировании специфицировать существенно большее количество арматуры, чем это требуется по расчету [4].
Реализация на практике первого направления наблюдается в последние годы в Центральном регионе России, где на предприятиях среднего бизнеса интенсивно наращивается производство по техническим условиям свариваемой холоднодеформированной арматуры периодического профиля класса В500С диаметром до 12 мм в мотках [5] волочением через роликовые волоки. Реализация второго направления начата на Белорусском металлургическом заводе.
Отраслевой стандарт СТО АСЧМ 7-93 предусматривает три категории свариваемого стержневого и поставляемого в мотках арматурного проката класса прочности 500 МПа, различающиеся по способу производства: горячекатаный, термомеханически упрочненный с прокатного нагрева, механически упрочненный в холодном состоянии (холоднодеформированный). Поставка арматуры диаметром от 6 до 12 мм может быть предусмотрена в мотках. Свод правил СП 52-101-2003, который содержит рекомендации по расчету и проектированию бетонных и железобетонных конструкций без предварительного натяжения арматуры, определяет требования к показателям качества для двух групп арматуры класса прочности 500 МПа: класс А500 для горячекатаного и термомеханически упрочненного проката номинальным диаметром от 10 до 40 мм и класс В500 для холоднодеформированной по разным технологиям арматуры номинальным диаметром от 3 до 12 мм. Требования к расчетным показателям арматуры классов А500 и В500 в СП 52-101-2003 различаются.
Расширение сортамента арматуры классов А500 и В500 позволяет уменьшить расход конструктивной арматуры и в необходимых случаях решить задачу взаимозаменяемости арматуры одного класса на арматуру другого класса с учетом всех требований, предъявляемых к рабочей арматуре железобетонных конструкций без пересчета последних. В качестве примера в таблице 6 приведены рекомендации по замене в железобетонных конструкциях без их перепроектирования растянутой рабочей арматуры классов А400С и А400 (А- III ) на арматуру классов А500 и В500. Предполагаемая замена в конструктивном армировании, как видно из таблицы 6, позволяет получить экономию стали от 12 % до 19 % при использовании в качестве заменяющей арматуры обоих классов А500 и В500.
В рабочем (расчетном) армировании аналогичный эффект достигается при использовании только горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры класса А500.
Из-за меньшего расчетного сопротивления холоднодеформированной арматуры класса В500 экономически целесообразна замена на нее (07,5 мм) только арматуры 08 мм класса А400 (А-III). В этом случае снижение рабочего армирования составит 12,1 %.
Вид эффективного арматурного проката, поставляемого в мотках с четырехсторонним периодическим профилем, приведен на рисунках 8 и 9.
Рисунок 8 - Вид арматурного проката классов А400 и А500С, поставляемого в мотках по ТУ 14-1-5501-2004 РУП «Белорусский металлургический завод»
Рисунок 9 - Прокат периодического профиля по ТУ 14-1-5501-2004
а - номинальный диаметр 5,5 мм; б - номинальный диаметр 7 мм
Рекомендации по замене растянутой рабочей арматуры классов А400С и А400 (А- III ) на арматуру класса А500/В500 без перепроектирования железобетонных конструкций*
Заменяемая арматура классом А400 и А400С
Предлагаемая арматура класса А500/В00
Номинальный диаметр d н , мм
Номинальная площадь поперечного сечения As 1 , мм 2
Усилие, соответствующее Rsn 1 , кН
Усилие, соответствующее Rs 1 ,кН
Нормативное сопротивление Rsn 1 , МПа
Расчетное сопротивление Rs 1 ,МПа
Номинальный диаметр d н , мм
Номинальная площадь поперечного сечения As 2 , мм 2
Усилие, соответствующее Rsn 2 , кН
Усилие, соответствующее Rs 2 , кН для А500/В00
Нормативное сопротивление Rsn 2 , МПа
Расчетное сопротивление Rs 2 , МПа, для А500/В500
Читайте также: