Монолитные железобетонные конструкции: проектирование, правило армирования

Монолитные железобетонные конструкции были впервые применены в России в 1802 году. В качестве материала для армирования использовались металлические стержни. Первым строением, созданным с использованием данной технологии, стал Царскосельский дворец.

Монолитные железобетонные конструкции часто применяются при производстве таких изделий, как:

• резервуары,
• стены,
• перекрытия,
• фундаменты.

Железобетонные монолитные конструкции позволяют строить здания любой сложности и конфигурации. К тому же эта технология не ограничивается заводскими стандартами. Конструктор имеет невероятно широкое поле для творчества.

Расчет толщины плиты

Расчет выполняется по СП «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» и по руководству «Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа» в два этапа:

• сбор нагрузок;
• расчет по несущей способности.

Сбор нагрузок включает в себя проведение работ по вычислению общей массы дома с учетом веса снегового покрова, мебели, оборудования и людей. Значения для домов из различных материалов можно взять из таблицы.

Важно! В таблице уже учитывается толщина конструкций. Для вычисления массы остается лишь умножить на площадь

Кроме этого, каждую нагрузку необходимо умножить на коэффициент надежности. Он необходим для обеспечения запаса по несущей способности конструкции из бетона и предотвращения проблем при незначительных ошибках строителей или изменениях условий эксплуатации (например, смена назначения здания). Все коэффициенты принимаются по СП «Нагрузки и воздействия».

Для различных нагрузок, коэффициент отличается и находится в пределах 1,05-1,4. Точные значения также приведены в таблице. Для фундамента из бетона по монолитной технологии принимают коэффициент 1,3.

Важно! Если уклон кровли составляет более 60 градусов, снеговую нагрузку в расчете не учитывают, поскольку при такой крутизне ската, снег не скапливается на нем. Общую площадь всех конструкций умножают на массу, приведенную в таблице и коэффициент, после чего, складывая, получают суммарный вес дома без учета фундаментов

Общую площадь всех конструкций умножают на массу, приведенную в таблице и коэффициент, после чего, складывая, получают суммарный вес дома без учета фундаментов.

Основная формула для вычислений имеет следующий вид:

P1= M1/S,

где P1 -удельная нагрузка на грунт без учета фундамента, M1 — суммарная нагрузка от дома, полученная при сборе нагрузок, S — площадь плиты из бетона.

Далее необходимо рассчитать разницу (Δ) между полученным значением и числом, приведенным в таблице выше, в зависимости от типа грунта.

Δ=P-P1

где P — табличное значение несущей способности грунта.

M2 = Δ*S,

где М2 — требуемая масса фундамента (больше этой массы строить фундамент нельзя), S — площадь плиты из бетона.

Следующая формула:

t = (М2/2500)/S,

где t — толщина заливки бетона, а 2500 кг/м3 — плотность одного кубического метра железобетонного фундамента.

Далее толщина округляется до ближайшей большей и меньшей величины кратной 5 см. После выполняется проверка, при которой разница между расчетным и оптимальным давлением на грунт не должна превышать 25% в любую сторону.

Совет! Если при расчете получается, что толщина слоя бетона превышает 350 мм, рекомендуется рассмотреть такие типы конструкции как ленточный фундамент, столбчатый или плита с ребрами жесткости.

Помимо толщины потребуется подобрать подходящий диаметр армирования, а также выполнить расчет количества арматуры для бетона.

Важно! Если в результате расчета у вас получится толщина плиты более 35 см, это указывает на то, что плитный фундамент избыточен в данных условиях, нужно посчитать ленточный и свайный фундаменты, возможно они окажутся дешевле. Если же толщина вышла меньше 15 см, значит здание слишком тяжелое для данного грунта и нужен точный расчет и геологические исследования

Важные условия установки

Как правило, армирование происходит в съемной опалубке, куда устанавливают стальной каркас, после чего его заливают бетонным раствором не ниже М250.

Для того чтобы монолитная плита перекрытия получила все необходимые прочностные характеристики, застройщик должен в точности выполнять требования нормативов и условия проекта:

1. Продольные стержни выбираются в зависимости от размеров плиты и ее несущей способности в диапазоне 8 — 14 мм, а поперечные 6-10 мм.
2. Толщина конструкции определяется длиной пролета и соблюдением нормативного требования 1/30, но не ниже 150 мм. При протяженности пролетов более 8 м применяется напряженная сетка из арматуры увеличенной прочности.
3. Однослойное армирование выполняется для плит с толщиной 150 мм, а двухслойное при их толщине свыше 150 мм.
4. Дополнительное армирование выполняют в центре перекрытия, в зонах технологических отверстий и опирания.
5. Допускается применять напряженную горячекатаную ребристую арматуру классом не ниже АIII.
6. Первую сетку устанавливают внизу опалубки, а вторую сверху. В сетке арматура связывается специальной мягкой отожженной вязальной проволокой с созданием ячеек 150×150мм или 200×200 мм.
7. Расположение сеток во внутри монолитной конструкции защищается толщиной бетона со всех сторон на 25-30 мм.
8. Нахлест прутьев при соединении зависит от диаметра и равен 10 Д, при этом минимальный нахлест не должен быть меньше 50 см и располагаться в шахматном порядке по отношению к рядом находящимся соединениям.
9. По краям сетка связывается П-образной конфигурацией.
10. Арматуру изгибают только в крайнем случае без нагревания, поскольку высокая температура нарушает внутреннюю структуру и приводит к перелому прута.

Важно! Места усиления выполняют только согласно проектному чертежу, арматурой обозначенного диаметра. Поскольку излишний металл приводит к увеличению нагрузки плиты, которая может превысить ее предельные расчетные характеристики.

Сооружение плитного фундамента своими руками.

Для начала необходимо подготовить площадку, это пожалуй самая трудоемкая операция по строительству плитного фундамента. Для этого полностью снимается верхний слой грунта на глубину, установленную расчетом. Последний слой рекомендуется снимать и выравнивать вручную, делается это для того, чтобы не допускать неровностей и ям. Сам котлован должен превышать габариты фундамента на 1-2 м. со всех сторон для удобства выполнения работ.

Подготовка подушки для плитного фундамента из песка и гравия. Такая подушка необходима для компенсации сил деформации грунта, а также для отвода грунтовых вод и исключения их капиллярного подъема к основанию фундамента. Толщина подушки зависит от типа грунта: на песчаных грунтах она может быть 15 сантиметров, на насыщенных глинистых или склонных к сильному пучению – не менее 30 сантиметров. Песок засыпается в котлован, равномерно и распределяется по всей площади фундамента, после чего тщательно уплотняется. Для болотистых или влажных типов грунтов часть подушки будет состоять из щебня, это улучшает гидроизоляцию бетона.

Сооружение опалубки для плитного фундамента. Опалубка для плитного фундамента должна состоять из струганых досок толщиной не менее 20 мм, которые соединяются их по углам с помощью саморезов. С внешней стороны опалубку укрепляется подкосами. Иногда для плитного фундамента применяют несъемную опалубку из фиброволокнистой плиты. Ее крепят на металлические уголки и стяжки, а после также устраивают подкосы. После вышеописанных работ необходимо соорудить проходки для коммуникаций, попутно устанавливать вокруг них опалубку. Трубы также можно уложить и вывести через проходки до заливки фундамента.

Гидроизоляция плитного фундамента выполняется с помощью толстой полиэтиленовой пленки, геотекстиля или рубероида, она укладывается внахлест на дно котлована с заходом на опалубку.

Армирование плитного фундамента – очень важный этап, от него будет зависеть прочность не только самого фундамента, но и здания в целом. Для небольших сооружений можно выполнять армирование с помощью арматурной сетки с ячеей 10-15 сантиметров, а места, в которых будут установлены несущие стены, необходимо усиливать металлическим прутком. Если конструкция сооружения более массивная, для армирования необходимо применять прут с диаметром 10-12 мм, уложенный в виде сетки. Поперечные пруты вяжут между собой с помощью проволоки. Сварка арматуры применяется редко, так как в местах сварки при подвижках конструкции возникают чрезмерные напряжения. Арматурная сетка должна быть полностью погружена в бетон, для этого её устанавливают на специальные направляющие. Если толщина фундамента велика, то устанавливают несколько слоев арматуры.

Заливка бетоном плитного фундамента выполняется одномоментно, поэтому бетон придется либо заказывать, либо очень быстро смешивать своими руками. Поэтому заливку нужно выполнять бригадой из 4-5 человек. Заливка бетона производится в подготовленную опалубку с уложенной арматурой, после чего уплотняется сначала с помощью глубинного вибратора, а потом с использованием вибрационной рейки. После пробивки бетона и удаления из него пустот и воздуха его разглаживают и выравнивают поверхность.

Сушка плитного фундамента происходит в течение 4-5 недель. За это время бетон набирает необходимую прочность, после чего он готов к дальнейшей эксплуатации. Во время сушки нужно внимательно наблюдать за тем, чтобы верхний слой фундамента не пересыхал и не подвергался чрезмерному влиянию влаги, для этого можно использовать материал, с помощью которого бетон можно накрывать. После высыхания бетона для улучшения теплоизоляционных свойств, плитный фундамент можно утеплить с помощью полистирольных плит.

Расчет ленточного и столбчатого фундамента

Армирование ленточного фундамента, расчет арматуры, укладка и вязка проводятся, в принципе, точно также. Просто необходимо учитывать, что арматурные решетки в этой конструкции устанавливаются не горизонтально, а вертикально. При этом длина продольных стержней зависит от длины ленты, а поперечных от глубины заложения фундамента.

Ширина ленты определяет количество решеток и длину стержней, связывающих между собой сеток. К примеру, если ширина фундаментной ленты – 40 см, то между решетками оставляется расстояние 25 — 30 см, это и есть длина связующих прутков.

Что касается количества, то опять — таки все будет зависеть от размеров ячеек армированного пояса фундамента. К примеру, если глубина заложения равна 1 м, а каркас укладывается внутри бетонной массы, то расстояние от верхних поверхностей устанавливается по 10 см с каждой стороны. Поэтому длина поперечных стержней будет 80 см. А количество продольных направляющих будет равна 100/20=5 рядов.

Правила армирования столбчатых конструкций сильно отличается от двух предыдущих вариантов. Во — первых, это вертикально установленные стержни, обвязанные катанкой диаметром 6 мм или арматурой небольшого размера. Все зависит от размеров самих опорных столбов. Во-вторых, сечение каркаса – это или квадрат, или круг, или треугольник.

Длина основных стержней зависит от глубины заложения фундамента. При этом нет необходимости учитывать расстояние от дна скважины до арматуры, потому что готовая армирующая конструкция устанавливается прямо на подготовленную подушку. Но учитывать придется выступ прутков в размере 10 — 70 см, которые будут торчать из столбов. Они будут соединяться с армирующей сеткой ростверка.

Какая арматура подойдет?

Для армирования монолитных плит применяют стальную и композитную стеклопластиковую арматуру. Наибольшее распространение сегодня получила стальная арматура А500С, по современному обозначению S500, популярные диаметры для продольных прутьев 10 и 14 мм, а для поперечных 6-8 мм.

Для ключевого армирования монолитной конструкции применяют обязательно рифлёный арматурный прут, чтобы создать наиболее прочную связь ее с бетоном.

Рифлённый арматурный прут:

Для выполнения дополнительных компонентов, не оказывающих большое влияние на несущую способность монолитной плиты, допускается применять гладкую арматуру А1.

Гладкая арматура А1:

Арматура композитная – инновационный стройматериал, который обеспечивает снижение издержек при сооружении объектов. Такая арматура особенно популярна в США и странах ЕС.

Арматура композитная:

Преимущества применения композитной арматуры:

1. Дешевле на 30 и более процентов, чем стальная арматура соответствующего диаметра.
2. Легче в разы, следовательно, себестоимость 1 м2 такой монолитной конструкции становится ниже из-за сокращения транспортных расходов, также снижается весовая нагрузка на стены и фундамент, при этом сохраняются более высокие прочностные показатели.
3. Надежнее в эксплуатации, поскольку не требуется антикоррозионная защита.
4. Экологичнее.
5. Теплопроводность в 100 раз меньше чем у стали.
6. Высокая долговечность, увеличивает срок службы плиты до 100 лет.
7. Широкий диапазон диаметров стеклопластиковой арматуры от 6 до 20 мм.

В современной индивидуальном домостроительстве, практикуют при создании монолитных конструкций одновременное применение металлической и стеклопластиковой арматуры.

Требования к материалам

Вся арматура, которую предполагается укладывать в монолитную плиту должна соответствовать проекту на дом и приобретаться с сертификатами, гарантирующими ее качество и соответствие стандарту.

Требования к арматурным изделиям для формирования монолитной плиты перекрытия:

• не должна подвергаться расслоениям;
• ее поверхность не должна содержать любые дефекты в виде раковин;
• она должна полностью соответствовать по внешнему виду и габаритам заводской марке и проектным показателям;
• она должна быть проверена на способность к деформации, арматура считается пригодной, если при ее изгибе на 180 градусов в холодном состоянии не возникли трещины.

Внимание! Арматура для изготовления железобетонных плит перекрытия принимается предварительно напряженной, для отдельных типов конструкций ГОСТом устанавливаются исключения.

Расчет диаметра арматуры

Расчеты, связанные с монолитной плитой, достаточно сложны и требуют особых знаний. Далеко не каждый конструктор может их правильно выполнить. Для индивидуального строительства можно руководствоваться минимальными значениями, принимаемыми по пособию «Армирование элементов монолитных железобетонных зданий».

Требования для монолитной плиты представлены в приложении 1, раздел 1. Общая площадь сечения рабочей арматуры в одном направлении принимается не менее 0,3% от общего сечения фундамента. Минимальный диаметр стержней назначается 10 мм при стороне плиты менее 3 м и 12 мм при большей длине стороны. Диаметр вертикальных стержней должен составлять не менее 6 мм, но также необходимо учитывать условия свариваемости. Максимальный размер рабочего армирования 40 мм, на практике чаще используют 12, 14 и 16 мм.

Пример расчета

В качестве исходных данных имеется железобетонная плита 6 на 6 м. Толщина для частного дома принимается 200 мм. Необходимо правильно армировать конструкцию. В примере не рассмотрено усиление железобетона на участках опирания стен.

Определение диаметров

В первую очередь определяется, что сетки будут укладываться в два ряда, поскольку толщина конструкции больше 150 мм. Далее производится расчет требуемой площади стальных прутьев.

• Площадь поперечного сечения фундамента = 6 м * 0,2 м = 1,2 м²;
• Минимальная площадь всей арматуры = 1,2 м² * 0,3% = 0,0036 м² = 36 см²;
• Минимальная площадь арматуры в одном направлении для одного ряда = 36 см²/2 = 18 см².

Далее необходимо воспользоваться сортаментом арматурных стержней, который приведен в ГОСТ 5781-82*. В этом документе приведена площадь сечения одного прута. Для удобства можно найти расширенную версию сортамента. По нему определяется, что для данного сечения в одной сетке необходимо использовать один из следующих вариантов:

• 16 стержней диаметром 12 мм;
• 12 стержней диаметром 14 мм;
• 9 стержней диаметром 16 мм;
• 8 стержней диаметром 18 мм;
• 6 стержней диаметром 20 мм.

Выбираем вариант с двенадцатым диаметром. Чтобы правильно разложить элементы необходима схема. Чертеж поможет рассчитать шаг прутов. Для стороны длинной 6 м шаг 16-ти стержней получается примерно 400 мм. Назначаем максимальное расстояние 300 мм исходя из условия СП 63.13330.2012 п.10.3.8.

Вертикальное армирование для надежности принимается 8 мм с шагом 300 мм.

Расчет количества

Недавно у нас появился калькулятор плитного фундамента, для удобства можете воспользоваться им.

Для того, чтобы не ошибиться при закупке материалов, необходимо заранее рассчитать их количество. Если имеется схема плиты, сделать это не сложно. При вычислении длин стержней необходимо учитывать толщину защитного слоя бетона 20-30 мм с каждой стороны.

Расчет рабочего армирования.

• Длина одного стержня = 6000 — 30*2 = 5940 мм;
• Количество стержней в одном направлении = 5940/300 = 19,8, принимаем 20 шт;
• Количество стержней в обоих направлениях для верхней и нижней сетки = 20*2*2 = 80 шт;
• Длина одного стержня для П-образных хомутов = 200 мм + (200 мм * 2)*2 = 1 м;
• Количество стержней для П-образных хомутов = 20*2 = 40 шт;
• Общая длина арматуры диаметром 12 мм = 80*5,94 м +40*1 м = 515,2 м;
• Масса стержней диаметром 12 мм = 515,2*0,888 кг (находится по сортаменту) = 457,5 кг.

Расчет вертикального армирования.

• Длина одного стержня = 200 — 20*2 = 140 мм;
• Количество стержней = кол-во горизонтальных прутов в одном направлении*кол-во прутов в другом = 20*20 = 400 шт;
• Общая длина стержней диаметром 8 мм = 400*0,14 = 56 м;
• Масса стержней диаметром 8 мм = 56*0,395 = 22,12 кг.

Все получившиеся значения удобно свести в таблицу.

При расчете расходов стоит учитывать стандартную длину одного прута – 11,7 м, это означает, что, например, стержней 8 диаметра понадобится 5-6 штук с небольшим запасом. А при большой длине рабочей арматуры требуется увеличить суммарную длину на 10-15% для соединения стержней внахлест.

Грамотный выбор диаметра, шага и соблюдение технологии монтажа обеспечат надежность и долговечность фундамента при минимально возможных затратах.

Рекомендуем: Технология строительства плитного фундамента.

Хорошая реклама

Армирование железобетонных конструкций

Бетон имеет существенный недостаток, присущий всем каменным материалам искусственного и естественного происхождения: он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона на растяжение составляет всего 7… 10% его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетона на растяжение и изгиб, в него укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой. Арматура с латинского означает «вооружение». Бетон, вооруженный арматурой, способен на многое.

Немного истории

Цемент изобрели в 1824 – 1825 гг. практически одновременно, независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии. Производство цемента и использование бетона быстро совершенствовалось и развивалось, но оставался существенный недостаток – плохое сопротивление бетона растяжению.

Открытие железобетона принадлежит парижскому садовнику Иосифу Монье, который решил вместо деревянных кадок для цветов сделать бетонные. Для прочности он уложил в бетон проволоку. Получились очень долговечные изделия. Так появился железобетон (патент от 1867 г.), в котором бетон и сталь дополнли друг друга. Металл предотвращал появление трещин при растяжении, а бетон защищал сталь от коррозии. Попытки создать железобетон предпринимались и раньше (1845 – В. Уилкинсон, Англия; 1849 – Г.Е. Паукер, Россия). Первые железобетонные конструкции появились в 1885 г.

Железобетон – это не два разнородных материала (бетон и сталь), а новый материал, в котором сталь и бетон работают совместно, помогая друг другу. Это объясняется следующими причинами.

Прочность сцепления арматуры с бетоном достаточно велика. Так, чтобы выдернуть из бетона пруток диаметром 12 мм, введенный на глубину 300 мм, потребуется сила не менее 400 кг. Сцепление стали с бетоном не нарушается и при сильных перепадах температур, так как коэффициенты их теплового расширения почти одинаковы.

Модуль упругости стали почти в 10 раз выше, чем бетона. То есть при совместной работе бетона со сталью напряжения стали в 10 раз выше, чем бетона, что ведет к перераспределению нагрузок, действующих в растянутой зоне балок. Основную нагрузку в растянутой зоне балки несет сталь, а в сжатой – бетон.

Бетон, благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня, с другой, защищает сталь от коррозии (пассивирование).

Кроме того, бетон, как сравнительно плохой проводник тепла, защищает сталь от сильного нагревания при пожарах. При температуре поверхности бетона в 1000°С арматура, находящаяся на глубине 50 мм, через 2 часа нагреется лишь до 500°С.

При работе железобетонной конструкции на изгиб на предельных значениях нагрузки в растянутой зоне бетона могут возникнуть трещины толщиной менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), которые не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии металла.

Для того чтобы арматура быстрее включалась в работу бетона, её выпускают с рельефной поверхностью, снабжая насечками различной конфигурации. Железобетонная конструкция будет работать лучше, если основные силовые прутки арматурного каркаса будут соединены в единую сварную конструкцию с поперечными связями.

Цель армирования можно пояснить на железобетонных изделиях, работающих на изгиб, которые достаточно широко применяются в строительной практике. Балки над проемами окон и дверей, железобетонные панели и плиты перекрытия, балки и ригеля мостов и цеховых построек можно отнести к этой категории строительных изделий.

Немного «сопромата»

«Сопромат» – сопротивление материалов – наука о прочности конструкций. Любая конструкция, на которую действуют силы, испытывает внутренние напряжения, соответствующие величине и направлению действия этих сил. Задача проектировщиков – создать такую конструкцию, в которой уровень внутренних напряжений не будет выше тех, которые способны выдержать используемые материалы, а деформации конструкции не превысят допустимую величину.

Если взять бетонную балку, загруженную какими-либо силами, например, распределенной нагрузкой (q) (Рисунок 114, а), то в ней одновременно действуют напряжения двух видов: нормальные (а) и сдвиговые (т). Следует заметить, что величина этих напряжений меняется не только по длине балки, но и по высоте её поперечного сечения.

Но длине балки, в каждом её поперечном сечении, напряженное состояние от воздействия внешних нагрузок может быть приравнено к одновременному действию двух нагружений – изгибающего момента (М изг) и перерезывающей силы (Q), величина которых в каждом сечении балки рассчитывается по определенным формулам «сопромата».

Наибольшая величина изгибающего момента будет в середине балки. К концам она будет уменьшаться до нуля. Графическое изображение такого изменения называется эпюрой изгибающих моментов М изг (Рисунок 114, в).

Эпюра перерезывающих сил Q (Рисунок 114, г) показывает, что наибольшая их величина приходится как раз на опоры, на которые опирается балка.

Рисунок 114. Балка под нагрузкой «Р» и напряжения в ней: А – неармированная балка; Б – армированная балка; В – эпюра изгибающих моментов; Г – эпюра перерезывающих сил; 1 – бетонная балка; 2 – арматура; 3 – трещина от изгиба балки; 4 – трещина от перерезывающей силы; 5 – напряжения сжатия; 6 – напряжения растяжения

Что же происходит с такой балкой?

От действия изгибающего момента в ней возникают нормальные напряжения (сжатие-растяжение), которые по высоте сечения меняются от наибольшего сжатия -вверху до наибольшего растяжения внизу. В нейтральной средней зоне поперечного сечения нормальные напряжения – нулевые. Наибольшие напряжения от изгибающего момента будут в середине пролета. Если бетон «не вооружен» арматурой, то внизу, в зоне действия растягивающих напряжений, могут возникнуть трещины (Рисунок 114, а).

В зоне действия максимальных перерезывающих сил возникают наибольшие касательные напряжения. Обращаем внимание любителей «сопромата» на то, что касательные напряжения создают в теле балки напряженное состояние, которое характеризуется одновременным действием нормальных напряжений сжатия и растяжения, ориентированных к горизонтали под углом в 45°. Растягивающая составляющая напряжений в зоне опор может спровоцировать появление наклонных трещин (Рисунок 114, а).

Армирование балки стальными прутками, усиливающими бетонный массив в зоне наибольших растягивающих напряжений в середине пролета и около опор, позволяет создать жесткую и прочную железобетонную конструкцию (Рисунок 114, б).

Внимание!

Растягивающие напряжения в балках около опор могут быть причиной возникновения наклонных трещин только при относительно большом расстоянии между опорами и малой толщине балки (плиты перекрытий, длинные надоконные перемычки, балки или ригеля мостов и т.п.). Поэтому при армировании лент фундамента или стен дома наклонные отгибы арматуры в зоне опор можно не выполнять.

Где лучше располагать арматуру

Наибольшая эффективность арматуры при изгибающих нагрузках создается при её расположении в зоне максимальных деформаций от растягивающих напряжений, как можно ближе к краю. Но бетон должен защищать арматуру от коррозии, да и обжатие арматуры бетоном должно быть полноценным со всех сторон. Поэтому арматуру располагают в массиве бетона не ближе 3…5 см от поверхности железобетонного изделия, притом чем плотнее бетон, тем меньше может быть это расстояние.

Напряженный бетон

Использование прутков повышенной прочности в качестве арматуры полностью не реализует их потенциальные возможности. При полном их нагружении растяжением в массиве бетона возникают относительно широкие трещины, снижающие коррозийностойкость арматуры. Для повышения эффективности ее работы процесс бетонирования и созревания бетона происходит при натянутой арматуре. Таким образом создается напряженный бетон, находящийся в сжатом состоянии и при отсутствии нагрузок.

Применение метода предварительного натяжения позволяет повысить эффективность работы арматуры и всей железобетонной конструкции. В толще бетона натянутая арматура создает напряжения сжатия, которые после сложения с напряжениями изгиба, действующими на конструкцию, образуют относительно небольшую составляющую напряжений растяжения (Рисунок 115, а).

Рисунок 115. Примеры напряженного бетона: А – балка; Б – Останкинская телебашня; 1 – бетонное основание телебашни; 2 – трос натяжения; 3 – напряжение от веса; 4 – напряжение от натяжения троса; 5 – напряжения от изгиба; 6 – суммарное напряжение в поперечном сечении; 7 – бетон; 8 – форма; 9 – арматура в растянутом состоянии; 10 – железобетонная балка под нагрузкой

Это интересно

Останкинская телебашня в Москве построена в начале 70-х годов прошлого века. Тонкой иглой башня пронизывает московское небо, поражая воображение. Невольно задаешься вопросом: как такая тонкая конструкция выдерживает ветровую нагрузку? Основная часть телебашни выполнена в виде трубы переменного сечения, отлитой из высокопрочного железобетона. Внутри трубы натянуты мощные троса, нагружающие массив бетона сжатием и исключающие появление растягивающих напряжений в бетоне при изгибе башни от ветровых нагрузок (Рисунок 115, б). За натяжением тросов специалисты ведут тщательное наблюдение.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используются прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность. Железнодорожные шпалы, сделанные по такой технологии, обладают весьма высоким ресурсом при эксплуатации в самых суровых климатических условиях.

Арматура

Прутки арматуры и сварные арматурные сетки используются в производстве железобетонных изделий на заводах ЖБИ и при бетонировании, выполняемом непосредственно на строительной площадке (устройство фундамента, армирование стен, создание бетонных перекрытий и надоконных перемычек, бетонирование дорог и устройство отмостки…).

В зависимости от механических свойств и технологии изготовления арматура делится на классы и обозначается следующими буквами: А – стержневая арматура; В – проволока; К – канаты.

Для обеспечения максимальной экономии целесообразно применять арматуру с наиболее высокими механическими свойствами.

Индустриализация арматурных работ успешно решается за счет широкого применения сварных сеток, плоских и объемных сварных каркасов.

Металлургическая промышленность выпускает прутки арматуры диаметром от 5,5 до 40 мм. Следует учитывать, что применение арматуры большого диаметра (больше 12 мм) в условиях индивидуального строительства нельзя считать оправданным. Большие поперечные сечения арматуры используются при больших пролетах балок, которые встречаются лишь в индустриальном строительстве. Подобное ограничение связано с тем, что арматура в процессе работы бетонной конструкции загружается растягивающими напряжениями. Арматура больших сечений при небольших габаритах строений не успевает загрузиться в полной мере, из-за чего полноценной совместной работы бетона и арматуры не происходит. Оптимальный диаметр прутков в условиях индивидуального строительства – 6…12 мм (армирование фундамента и стен, создание сейсмопояса).

Планируя выполнить стык прутков арматуры, индивидуальные застройщики не всегда хотят связываться с проведением сварочных работ. Простой перехлест арматуры па длине больше 60 диаметров прутков – достаточное условие для их соединения. Например, при диаметре прутков 12 мм, перехлест прутков должен быть не менее 72 см. Если законцовки прутков загнуть, то длину перехлеста можно уменьшить в два-три раза.

Достаточно часто застройщики применяют для армирования бетонных конструкций тот металл, который у них есть, или тот, который им предлагают знакомые.

Да, металл сейчас дорогой и такой подход к подбору арматуры вполне понятен. Но в этом есть некоторые ограничения.

Что нельзя применять для армирования:

– алюминиевые прутки (низкий модуль упругости и отсутствие сцепления с бетоном); – листовую полосовую сталь (провоцирует появление трещин в плоскости листового материала при относительно малой площади поперечного сечения, слабое сцепление металла с бетоном по плоскости); – полосы листового материала с просечками – отходы штамповочного производства (совсем малое реальное поперечное сечение арматуры); – сетка-рабица (обладая свойствами пружины, никак не может выполнять армирующую роль); – трубы, оставшиеся после демонтажа газопроводов, систем водоснабжения или центрального отопления (в полости труб может скапливаться вода, которая при замерзании разрушит трубу и бетон); – массивные профиля в виде уголков, швеллеров, двутавров или рельсов (большая площадь сечения и относительно слабое сцепление бетона с плоскими участками металла затрудняют включение металла в работу, мешают созданию единой структуры железобетона); – прутки арматуры длиной меньше 1 м (не успевают включиться в работу).

Если арматура покрыта краской, жировыми или масляными пленками – все это необходимо снять, чтобы обеспечить хорошее сцепление металла с бетоном.

В последнее время в качестве арматуры в железобетонных конструкциях стали использовать изделия из стеклопластика и пластика с базальтовыми волокнами.

Арматурная сетка из стеклянных волокон, пропитанная битумом, используется для армирования асфальтобетонных покрытий и дорог, аэродромных покрытий, а также при проведении дорожных ремонтно-восстановительных работ. Выпускается по ТУ 2296-041-00204949-95. В технологии ТИСЭ применяется для армирования стен.

Лента выпускается в рулонах (75-80 м) шириной 1 м. Ячейка – 25×25 мм. Разрывная прочность – 4 тонны на метр ширины. Сетка удобна в транспортировке и в раскрое (режется обычными ножницами), не создает «мостков холода», не ржавеет, инертна к электромагнитному излучению.

Гибкие связи из базальтовых волокон – прутки диаметром 5…8 мм с загнутыми законцовками. Длина гибкой связи согласуется с изготовителем. Прочная и жесткая гибкая связь не подвержена коррозии, хорошо стоит в бетоне, не создает «мостка холода». В технологии ТИСЭ применяется при возведении трехслойных стен без «мостков холода».

Замена металлического армирования стен на неметаллическое дает возможность сохранить природный электромагнитный фон Земли и тем самым улучшить экологическую среду в доме.

Расчет расхода арматуры при армировании плитного фундамента

Расчет количества арматуры для монолитного фундамента осуществляется на основе общепринятых норм и правил. Все расчеты выполняются в строгом соответствии со СНиП 51-01-2003 и СНиП 3.03.01-87. Учитываются в обязательном порядке и указания ГОСТ Р 52086-2003.

Посмотрите видео, как правильно выбрать арматуру (металлическую или композитную).

Еще до начала работ по армированию необходимо установить:

1. Сколько потребуется стержней и качество их поверхности.
2. Минимальный диаметр прутов, установленных вертикально. Определяется он в соответствии со СНиП.
3. Размер ячейки арматурной сетки. Шаг соответствующий стандартному размеру не должен быть меньше 20 сантиметров.
4. Уровень нахлеста при укладке отдельных кусков арматуры внахлест.
5. Общая длина всей арматуры с учетом нахлеста.
6. Длину проволоки, с помощью которой осуществляется вязка.

В качестве примера можно привести расчет арматуры монолитного основания, размер плиты которого составляет 8х8 м. Для армирования идеально подходит стержень, диаметр которого составляет 10 миллиметров. В некоторых случаях используют для продольного армирования пруты, диаметр которых 14 миллиметров, а для поперечного – 8 мм.

Монолитная арматурная сетка

Что касается правил, в соответствии с которыми выполняется укладка арматуры, то шаг между прутьями арматурной сетки составляет 20 сантиметров. Зная это расстояние и толщину прута можно точно рассчитать количество стержней, необходимых для выполнения работ. Достаточно ширину плиты разделить на ширину шага и прибавить один пруток. В данном случае получится 8:0,2 + 1= 41.

Если в нашем случае длина и ширина плиты равны, то можно для вычисления количества продольных стержней полученное число умножить на 2. В другом случае расчет провести также, воспользовавшись размером длины плиты. Следовательно, 41х2=82 прута.

Это значит, что выполнив расчет количества прутов для первого слоя, можно полученный результат умножить на 2 и получить общее число. 82х2=164 прута. Чтобы обеспечить связь между слоями сетки, потребуется надежное соединение. Для этого используют специальные крепления. Общая длина составит 164х6=984 метра, так как 164 – это общее количество прутов, а 6 – это стандартная длина одного стержня.

Вязка арматурной сетки выполняется с помощью специальной вязальной проволоки. Сварка способствует разрушению конструкции из-за воздействия коррозии. Для определения количества точек, в которых стержни пересекаются достаточно умножить количество используемых прутов на это же число.41х41=1681. На каждый узел понадобится не менее 30 сантиметров проволоки, значит 1681х30=5043 м проволоки.

Посмотрите видео, как правильно произвести вязку арматуры.

Расчет арматуры для плитного фундамента можно произвести самостоятельно. В таких вычислениях учтены и вязка, и укладка, и шаг сетки. Но специализированные организации выполнят подобный расчет с более высокой точностью благодаря ПО, разработанному для проектировщиков.

Коэффициент армирования как основной показатель прочности конструкции

Строительными нормами устанавливается минимальная прочность арматуры, которая требуется, чтобы ЖБИ выдерживала предназначенную нагрузку. Коэффициент вычисляется по следующей формуле:

μ = [Sa/(В∙Н)]∙100%, где:

Sa — площадь поперечного сечения стержней

В — ширина изделия (плиты, ленты)

Н — его высота

Армирующий показатель различается в зависимости от глубины залегания фундамента, длины и ширины ленты, предполагаемой нагрузки и других факторов.

Как работать с калькулятором

Калькулятор позволяет приблизительно рассчитать количество строительных материалов для плитного фундамента — арматуры, бетона, досок для опалубки, гидроизоляции, песка и щебня для подушки, чтобы сверится со строительной сметой или быстро подсчитать сколько заказывать материалов, если строите без проекта. Не питайте иллюзий, что с помощью онлайн калькулятора можно рассчитать фундамент по нагрузкам, для этого как минимум надо сделать геологические изыскания и иметь проект дома на руках. Для подобных расчетов обращайтесь к проектировщикам.

Армирование

В параметрах:

Материал дома — выбор материала не влияет на расчет, а лишь выводит в расчетной таблице рекомендуемый шаг ячейки армирования плиты. В любом случае шаг ячейки должен вычислять проектировщик дома, данное значение приведено для справки.

Диаметр рабочей арматуры — диаметр основной рабочей арматуры (сетки) фундамента из вашего проекта.

Шаг ячейки рабочей арматуры — расстояние между рядами рабочей арматуры.

Шаг сетки

Диаметр поперечной арматуры — диаметр арматуры которая служит для разделения нижнего и верхнего слоев арматуры (паук).

Паук из арматуры

В расчете:

Рекомендуемый диаметр рабочей арматуры — зависит от большего значения длины и ширины плиты. От 0 до 3 метров, рекомендуемый диаметр = 10 мм, от 3 до 10 метров диаметр = 12 мм, от 10 до 20 метров диаметр = 14 мм. Данное значение приведено исключительно для справки.

Рекомендуемый диаметр поперечной арматуры — если высота плиты меньше 30 см, то диаметр = 8 мм, если высота плиты больше 30 см, то диаметр = 10 мм. Значение приведено исключительно для справки.

Рекомендуемый размер ячейки рабочей арматуры — зависит от выбранного материала дома. Значение приведено исключительно для справки.

Количество слоев рабочей арматуры — если высота плиты меньше или равна 15 см, то количество слоев (сеток) =1, если высота плиты больше 15 см, количество слоев рабочей арматуры = 2.

Минимальный нахлест рабочей арматуры при соединении в одном ряду = 40 умножить на диаметр рабочей арматуры.

Длина рабочей арматуры рассчитывается с учетом усиления под стенами — добавляется по одному ряду арматуры по краям фундамента (шаг ячейки в два раза меньше заданного), усиление под внутренние стены нужно учитывать самостоятельно.

Количество подставок — рассчитывается с плотностью 2 штука на м². Под арматурой для усиления торцов понимаются П-образные хомуты для для усиления торцов (см. рисунок ниже):

Опалубка

Тут задается только высота (ширина) досок для самой опалубки и для вертикальных подпорок с шагом в 0,5 метра. Длина всех досок принимается равной 6 м. Толщина досок опалубки принимается равной 40 мм, толщина досок для подпорок принимается 50 мм. Длина распорок не рассчитывается, т.к. не все их используют.

Подушка

Выпуск подушки за фундамент — подушка всегда делается чуть шире самой плиты, обычно на 20-30 см, иногда подушка делается сразу под отмостку — примерно на 1 метр шире плиты.

Стоимость материалов

В стоимости не рассчитывается бетон для подбетонки, геотекстиль и гидроизоляция, так как эти элементы не являются строго обязательными в конструкции плитного фундамента, и не все их делают.

Хорошая реклама

Армирование стен

Как мы говорили, бетон – не самый распространенный материал для частного строительства ввиду его большой массы, а также сложности доставки и необходимости арендовать большое количество специальной техники. Для монолитных стен вначале монтируются вертикальные арматуры, на которых уже размечен шаг будущих горизонтальных стержней. Шаг должен составлять 5-10 сантиметров. Далее выполняется вязка армированного каркаса, затем выполняется заливка.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос о том, нужно ли армировать стены из газоблока. Большинство строителей сходятся в том, что армировать газобетонную кладку необходимости нет. В России отсутствует законодательная база, которая предусматривала обязательное армирование, кроме случаев, когда расстояние между деформационными швами превышает 30 метров. Для того, чтобы трещины, которые возникают из-за температурной и усадочной деформации, не раскрывались, нужно просто делать фрагменты кладки достаточно короткими, не разделяя их деформационными швами. Делать же армирование нужно в тех глухих участках кладки, длина которых превышает 6 метров, если толщина самой кладки не превышает 300 мм. Стены же большей толщины, при условии правильной укладки, не подвержены трещинам от упомянутых факторов, следовательно, не нуждаются в упрочнении посредством армирования.

В статье использованы фотографии с сайта https://s-stroit.ru/

Для выбора подходящего подрядчика, который досконально разбирается в вопросах строительных норм и правил малоэтажного домостроения воспользуйтесь поиском в каталоге Building Companion. В профиле каждой компании указана необходимая информация, портфолио, отзывы, можно разместить запрос на оценку стоимости услуги. Найти компанию по генподряду и стройнадзору »

Особенности армирования фундамента

В отличие от усиления перекрытий, укладка арматуры в фундаментных плитах должна проводиться в неравномерном порядке. Для обеспечения максимального усиления зон, находящихся под повышенной нагрузкой, прутья должны быть уложены с учетом уровня продавливания в том или ином месте плиты. Исключением является тонкое фундаментное основание (не более 150 мм), закладываемое под легкие сооружения – в подобных случаях раскладка проводится в форме сетки.

В жилищном строительстве толщина фундамента, как правило, варьируется в пределах 20-30 см. и зависит от массы сооружения и свойств грунта. Чтобы обеспечить максимально возможное усиление арматуру следует заложить в два слоя, поверх которых необходимо предусмотреть защитный бетонный слой, предотвращающий коррозию.

Полезные советы

Перед тем как приступить к расчету количества материалов и самого основания, нужно изучить все особенности почвы. Пучинистая почва может подниматься и опускаться на несколько сантиметров в течение года. Если этого не учесть, то со временем фундамент начнет лопаться под нагрузками, а трещины пойдут по всему дому.

Арматура связывается между собой проволокой, что делает ее подвижной и из-за этого застывший бетон, под воздействием деформаций почв, также будет подвижен, что позволит сохранить его структуру и гарантирует отсутствие трещин.

Видео по теме:

Расчет

Разберем, как производится расчет материалов для плиты 8 на 8 метров. Армирование будем производить с шагом 20 сантиметров, пруты диаметром 14 в два слоя, для вертикальных стержней 8 миллиметров, шаг такой же. Используемые бетон для плиты берем класса В20 (по прочности соответствует марке М250) на подготовку класса B7,5. Толщину плиты возьмем 25 см.

1. Бетон для плиты В20: 8,2 х 8,2 = 67,24 м²;
2. Рассчитаем кубатуру, то есть объем необходимого бетона: 67,24 м² х 0,25 м = 16,81 м³;
3. Расход количества материала для армирования с учетом обеспечения защитного слоя плиты: 8200 – 60 = 8140 миллиметров длина стержня. Из расчета шага в 20 см, рассчитаем их кол-во для 1 направления делим 8200 на 200 = 41 штука х 2 стороны = 82 штука х 2 слоя всей плиты = 164 стержня;
4. Высчитаем общую длину: 164 х 8,14 = 1334,96 метра. Масса 1 метра арматуры 14 диаметра равняется 1,2 килограмма. Таким образом масса всего рабочего армирования: 1334,96 метра x 1,2 = 1601,252 килограмма;
5. Перейдем к вертикальным стержням арматуры, ее длина будет равняться разнице 25 см и 6 см = 19 см. Возьмем шаг в 40 сантиметров, получаем 21 шт х 21 шт = 441 единица, массу получаем из выражения 441 х 0,19 х 0,395 = 33,1 кг;
6. Расход бетона класса B7,5 для подготовки считаем как: 8,2 х 8,2 х 0,05 (заданная толщина) = 3,3 метра³;
7. Геотекстиль и гидроизоляцию плиты считаем, как площадь плиты добавив немного запаса: 67,24 метра²;
8. Песчаную подушку считаем перемножением сторон плиты и высоты подушки с учетом того, что он выходит за ее границы на 0,1 метр с каждой стороны, то есть 8,4 х 8,4 х 0,5 = 32,5 куба песка.

Отметим, что для двухэтажных домов из газобетона (газосиликата), каркасных и гаражей (из кирпича) толщина плиты будет составлять 20-25 сантиметров. Для более тяжелых построек, а так же двухэтажных домов из кирпича, бетона, бруса, толщину необходимо брать 25-30 см. Для легких сооружений, например, гаражей и беседок, достаточно брать толщину плиты фундамента в 10-15 сантиметров.

Армирование фундамента толщиной в 10-15 см производится в один слой, толщиной 20-30 см — в два слоя (объемное).