Правила армирования

Правила армирования

Для продольного и поперечного армирования ленточного фундамента используется арматура класса A-III (A400) или А500. Для вспомогательного поперечного армирования (изготовления хомутов), помимо А400 и А500, может использоваться стержневая горячекатаная гладкая арматура класса A-I (А240), А-II, проволока (гладкая арматура) класса Вр-I. Продольные рабочие стрежни арматуры ленточного фундамента воспринимают совместно с бетоном основные нагрузки растяжения и сжатия, действующие вдоль продольной оси фундамента.

Кроме продольных стержней при армировании лент фундамент может устанавливаться поперечная арматура (хомуты) из расчета на восприятие нагрузок, действующих вдоль поперечной оси фундамента. Хомуты устанавливаются в ленту при её высоте более 15см. Также поперечная арматура служит для ограничения развития трещин в бетоне, для удержания продольных стержней в проектном положении, и для закрепления от их бокового выпучивания при воздействии сжимающих нагрузок. В случае сжимающих нагрузок хомуты следует устанавливать с шагом не более 15 диаметров сжатой продольной арматуры и не более 50 см, а конструкция хомутов должна обеспесивать отсутствие выпучивания продольной арматуры в любом направлении. Поперечная арматура устанавливается у всех поверхностей фундамента, вблизи которых устанавливается продольная арматура. Закрепление поперечной арматуры производят путем ее загиба и охвата продольной рабочей арматуры.
Также в фундаменте может использоваться конструктивная арматура, устанавливаемая для восприятия непредусмотренных усилий, таких как усилия от усадки бетона или температурных деформаций. В частности, для фундаментных лент высотой сечения более 70 см рекомендуется установка дополнительной продольной конструктивной арматуры на каждые 40 см высоты ленты. По возможности арматуру следует монтировать укрупненными или пространственными заранее изготовленными элементами, по возможности сокращая объем применения отдельных стержней.

Процент армирования

Существует некий допустимый диапазон армирования, определённый Сводом Норм и Правил (Пункт 7.3.5 СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции»), который является одним из определяющих факторов выбора пространственной схемы армирования и может повлиять на выбор сечения ленты фундамента. Этот параметр лежит в диапазоне от 0,3 до 3% для балок, и не менее 0,1% для фундаментов. При армировании ленточных фундаментов, служащих опорой под колонны (например, при строительстве монолитного железобетонного каркаса здания) площадь сечения продольной арматуры для ребра Т-образного ленточного фундамента предусматривают с процентом армирования не менее 0,4% в каждом ряду. Это относительное содержание продольной рабочей арматуры в бетонном элементе от площади рабочего сечения этого элемента. Например, если у вас лента сечением 300х400мм, то площадь S сечения 300*400=120 000 мм.кв. Минимальное сечение арматуры составит 120 мм.кв., или 4 прута арматуры диаметром 8 мм (или 2 прута диаметром 10мм). Максимум можно заложить 10 прутов диаметром 22мм! Меньшее количество арматуры незначительно укрепит бетон и практически будет равно просто силе бетона на разрыв, но и больше 3% арматуры тоже не хорошо - арматуры будет столько, что она не успеет включится в работу, как бетон уже будет разрушен возникшей нагрузкой. Если расчёт приведёт вас к проценту армирования более 3%, нужно задуматься над увеличением сечения бетонного элемента. Сечение арматуры нетрудно посчитать, но для облегчения и визуализации я составил табличку сечений при разных количествах прутов арматуры:

Еще один пример из расчёта своего ростверка: У меня было рассчитано сечение ленты-ростверка как 22х30см, Это 66000 мм.кв. Расчёт армирования привёл меня к 6 прутам арматуры диаметром 12мм (3 снизу и 3 сверху) - это 678 мм.кв. арматуры. Посчитаем процент армирования: 678*100/66000=1,027% - он вписывается в допустимый диапазон от 0,1% до 3%, а значит выбранное соотношение между сечением бетона и армированием находится в "равновесии", количество арматуры и бетона экономически и расчётно обосновано. Подошло бы и 5 прутов по 12мм (565*100/66000=0,856%), расчёт по нагрузкам давал 45% запаса по прочности, однако я решил немного перестраховаться заложив 6-й прут и получил 90% запаса.

Диаметр арматуры

Помимо минимального процента армирования существуют и требования по минимальному диаметру арматуры. Например, для продольной рабочей арматуры нельзя использовать арматуру диаметром менее 10мм. Продольную рабочую арматуру рекомендуется назначать из стержней одинакового диаметра. Если же применяются стержни разных диаметров, то стержни большего диаметра следует размещать внизу ленты фундамента, в углах сечения ленты фундамента и в местах перегиба хомутов через рабочую арматуру. Стержни продольной рабочей арматуры должны размещаться равномерно по ширине сечения ленты фундамента. При этом размещение стержней арматуры верхнего ряда над просветами между арматурой нижнего ряда запрещается [пункт 3.94 Руководства по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения, Москва, 1978]. При этом как в сварных, так и в вязаных каркасах диаметр продольных стержней должен быть не менее диаметра поперечных стержней арматуры. Максимальный диаметр сжатых стержней (для верхнего ряда) вряд-ли будет достигнут частными домостроителями, но для справки, он не должен быть более 40мм. Для удобства я собрал эти требования в нижеследующей табличке:

Минимальное количество стрежней продольной рабочей арматуры в одном ряду

В балках и ребрах шириной более 15 см число продольных рабочих растянутых стержней в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента 15 см и менее допускается устанавливать в поперечном сечении один продольный стержень. При этом устройство ленточных фундаментов шириной менее 15 см не допускается.

Максимальное количество стержней продольной арматуры в одном ряду и минимальное расстояние между стержнями арматуры

Максимальное количество стержней в одном ряду в поперечном сечении монолитной бетонной балки определяется минимальным расстоянием в свету между отдельными стержнями продольной арматуры. Это минимальное расстояние определено необходимостью свободного протекания бетонной смеси в тело ленты между стержнями арматуры фундамента при заливке бетона, возможностью его уплотнения и хорошей связи бетона с арматурой для совместной работы под нагрузкой. Минимальные расстояния между стрежнями продольной арматуры определены в пункте 7.3.4 СНиП 52-01-2003 “Бетонные и железобетонные конструкции”. Минимальное расстояние между стержнями продольной арматуры не может быть меньше наибольшего диаметра стержней арматуры и не менее 25 мм для нижнего ряда арматуры и 30 мм - для арматуры верхнего ряда при двух рядах армирования. При трех рядах армирования расстояние между стрежнями арматуры в верхнем ряду должно составить не менее 50 мм. 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 500мм. Например, имеем ленту фундамента сечением 40х30см с двумя рядами арматуры. Создаются следующие ограничения: 1 - защитный слой бетона по 40мм с каждой стороны; 2 - минимальный диаметр арматуры 10мм; 3 - минимальное расстояние между арматурой 30мм. Итого, соблюдая все ограничения, получается возможным разместить по 6 рядов арматуры, при этом в верхнем ряду нужно один прут исключить для прохождения наконечника вибратора. Допустим, если бы высота ленты была 100 см, то возникает необходимость использовать три ряда арматуры, а это увеличивает минимальное расстояние между арматурой до 50 мм. В этом случае в одном ряду умещается не более 4 прутов арматуры.

Количество рядов арматуры

В обычных условиях для индивидуальных домов в фундаменте достаточно двух рядов арматуры. Нижний, в большей степени работающий на растяжение и верхний, работающий на сжатие, если не возникнут выталкивающие силы грунтов. При высоте ленты до 70 см средних рядов арматуры делать не нужно, т.к. она там не работает, там не возникает ни растяжений, ни сжатий (если только не аварийная ситуация). Дополнительное продольное армирование может понадобиться, если высота фундаментной ленты превышает 70 см. В этом случае лента фундамента рассматривается как балка, которой требуется конструктивное армирование. Стержни арматуры при конструктивном армировании не у граней балки (в середине ширины балки) не требуются. Они должны ставиться тлько у боковых поверхностей балок высотой поперечного сечения более 70 см. Расстояние между конструктивными стрежнями арматуры по высоте должно быть не более 40 см.

Площадь сечения таких арматурных стрежней определяется не менее 0,1 % площади сечения бетона, но не от всей площади сечения балки, а от площади, образуемой расстоянием между этими стержнями и половиной ширины балки, но не менее чем 20 см. Например, при расстоянии между рядами арматуры по вертикали в 40 см и ширине ленты 30 см, определяемая минимальная площадь сечения арматуры будет отсчитываться от площади в 400 мм x 300 мм /2 =60 000 мм2 х 0,001=60 мм2 . Эти арматурные стержни должны соединяться хомутами или шпильками диаметром 6 - 8 мм из арматуры класса A-I с шагом 50 см по длине ленты фундамента.

Максимальный шаг между продольными стержнями арматуры

Максимальный шаг установки поперечной арматуры

Толщина бетонного защитного слоя арматуры

Защитный слой бетона, то есть расстояние от поверхности арматуры до соответствующей грани фундаментной ленты, предназначен для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, для закрепления (анкеровки) арматуры в бетоне и возможности устройства соединения арматуры. Также защитный слой бетона предохраняет арматуру от воздействия факторов окружающей среды, конструкций, в том числе и от огня. Толщина защитного слоя бетона зависит от типа конструкции и роли арматуры в ней, ее диаметра и условий окружающей среды.

Для продольной рабочей арматуры толщина защитного слоя должна быть, как правило, не менее диаметра стержня и не менее: 30 мм - для фундаментных балок и сборных фундаментов; 35 мм - для монолитных фундаментов при наличии бетонной подготовки; 70 мм - для монолитных фундаментов при отсутствии бетонной подготовки. При использовании бетонной подготовки (или на скальном грунте) – толщина бетонного защитного слоя снижается в отечественных нормах до 40 мм, а в американских до 25мм. Для сборных элементов минимальные значения толщины защитного слоя бетона рабочей арматуры уменьшают на 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.
По требованиям ACI 318-05 защитный слой бетона на уличную строну для арматуры до 20 мм составляет 25 - 40 мм. Для диаметра арматуры толще 20 мм - 50 мм. Защитный слой для арматуры диаметром до 40 мм на стороне не подверженной действию природных факторов составляет 20 мм. По отечественным нормам защитный слой бетона с обеих сторон составляет 40 мм. Требуемую величину защитного слоя нижней арматуры и проектное положение арматуры в процессе бетонирования можно установить с помощью пластиковых фиксаторов, подкладок из бетона и путем конструирования арматурного каркаса таким образом, чтобы некоторые стержни упирались в опалубку, фиксируя положение каркаса. Нижний защитный слой можно установить, закладывая под нижние стержни арматуры заранее изготовленные бетонные прокладки (сухари) размером 100×100 мм и толщиной, равной требуемой толщине защитного слоя. Применение прокладок из обрезков арматуры, деревянных брусков и щебня запрещается. Также для задания толщины защитного можно использовать пластиковые фиксаторы - спейсеры требуемого стандартного размера. Фиксаторы для арматуры выпускаются в размерах от 15 до 50 мм с шагом размера 5 мм.
Толщина защитного слоя для поперечной арматуры бетонных элементов сечением меньше 25 см составляет 1 см, а для элементов сечением более 25 см – 1,5 см.

Требования к поверхности арматуры

Арматуру следует монтировать укрупненными или пространственными заранее изготовленными элементами, по возможности сокращая объем применения отдельных стержней. С бетонной подготовки (подушки) в местах установки арматуры должны быть удалены мусор, грязь, снег и лед. Стержни арматуры должны быть обезжирены, очищены от любого неметаллического покрытия, краски, грязи, льда и снега, отслаивающегося налета ржавчины. Удаляется отслаивающаяся ржавчина с помощью металлической щетки. Разрешается наличие эпоксидного покрытия на арматуре. Существует мнение некоторых строителей - поливать водой арматуру за несколько дней перед укладкой, чтобы она заржавела и к ней сильнее прилипал бетон. В официальных комментариях к нормам указано: Обычная поверхностная неотслаивающаяся ржавчина усиливает силу сцепления арматуры с бетоном. Ржавая поверхность лучше склеивается с цементным гелем в составе бетона. Но отслаивающуюся ржавчину требуется удалить. Арматура периодического профиля имеет в 2-3 раза большее сопротивление выдергиванию, чем гладкая арматура. А арматура с гладкой полированной поверхностью держится в бетоне еще в 5 раз слабее.

Сварка или вязка арматуры

Идеальным армированием фундамента является армирование сплошным безразрывным контуром арматуры. Однако, такое безразрывное армирование может быть получено только с использованием сварки или с использованием специальных резьбовых соединителей. В строительстве фундаментов часто применяют арматуру класса А-III А400 - такую арматуру сваривать недопустимо, она сильно теряет в прочности при нагревании. Сваривать можно только арматуру c литерой "С" в маркировке, например А500С. Длина сварного шва для такой арматуры должна быть не менее 10 диаметров. Т.е. если арматура диаметром 12мм, то шов должен быть не менее 120мм. При этом отечественные нормы разрешают дуговую электросварку перекрестий арматуры только не менее 25 мм диаметром.

Соединение арматуры нахлестом – самый распространенный вариант в дачном строительстве из-за своей очевидной простоты исполнения. Однако есть ряд требований, которые необходимо выполнить, чтобы обеспечить правильную работу соединяемой арматуры. Соединение арматуры нахлестом допустимо для арматуры диаметром до 36 мм. Это ограничение связано с отсутствием экспериментальных данных по соединениям нахлестом для арматуры больших диаметров. Соединение арматуры не должно размещаться в местах концентрированного приложения нагрузки и местах наибольшего напряжения. Соединение арматуры нахлестом может производиться:

Со связкой стержней вязальной проволокой. В этом случае расстояние между прутами обусловлено лишь высотой выступов периодического профиля и может приниматься равным нулю.
Без связки. В случае свободного соединения с нахлестом расстояние между стыкуемыми нахлестом стержнями арматуры по вертикали и горизонтали должно быть не менее 25 мм или 1 диаметр арматуры, если диаметр арматуры больше 25 мм, для обеспечения свободного проникновения бетона. Максимальное расстояние по ширине ленты фундамента между стыкуемыми свободным нахлестом стержнями должно быть не более 8 диаметров стержней арматуры. В нормативах ACI 318-05 рекомендуется делать свободные (не связанные) соединения стержней арматуры в предварительно не напряженных конструкциях. Это объясняется тем, что при свободном соединении бетон охватывает все стороны каждого арматурного стержня и фиксирует стержень арматуры надежнее, чем при обхвате неполной окружности стержня при связке его проволокой с соседним стержнем.
Механическим способом. C точки зрения экономии (перерасход арматуры на нахлесты до 27%), и безопасности здания (ограничение объема бетона в месте стыков), арматуру диаметром свыше 25 мм рекомендуется соединять механическим способом (винтовые муфты или опрессованые соединения).

Соседние соединения арматуры по длине должны быть разнесены в разбежку так, чтобы в одном сечении одновременно соединялось не более 50% арматуры. минимальное расстояние между стыками арматуры по длине составляет 61 см. Не более половины всех стержней в одном расчетном сечении элемента фундаментной ленты могут иметь соединения. Стыкование отдельных стержней арматуры и сварных сеток без разбежки допускается при использовании арматуры для конструктивного (нерабочего) армирования.

Нормы для анкеровки арматуры, работающей как на растяжение, так и на сжатие предусматривают нахлест стержней в 50 диаметров этих стержней, но не менее 30 см. Однако, величина нахлеста зависит и от класса (марки бетона: если для бетона класса В15 (M200) минимальный нахлест составляет 50d (диаметров арматуры), то при использовании бетона класса В20 (M250), нахлест можно уменьшить до 40d. Для бетона класса В25 (M300) минимальный нахлест равен 35d. Для арматуры А-I и А-II минимальный нахлест равен 40d.

В общем, в двух словах: 1 - арматуру лучше вязать, чем варить, 2 - нахлёсты лучше не связывать, а оставлять между прутами расстояние около 25мм.

Наблюдения

Только соблюдая все эти ограничения и рекомендации можно сказать, что вы получите достаточное для большинства случаев армирование без дополнительных расчётов! Жизненные наблюдения показывают, что обычно люди льют столько бетона в фундамены, что если бы они их так же основательно армировали, то можно было бы на их фундаментах строить многоэтажки (правда, несущая способность грунтов обычно никак не учитывается). В большинстве случаев застройщики стремятся к самому минимальному проценту армирования, поскольку бетона у них такое количество, что даже 0,1% арматуры выглядит внушительно.

Основные нарушения правил армирования

Некоторые строители армируют углы ленточных фундаментов и примыканий лент с помощью перекрестий стрежневой арматуры. Такой способ является грубейшим нарушением типовых схем армирования углов и примыканий, ослабляющих конструкцию, который может привести к расслоению бетона. Не смотря на именно такую рекомендацию автора технологии ТИСЭ Яковлева я считаю это совершенно неприемлемым способом.
Арматуру класса А-III можно гнуть в холодном состоянии на угол до 90° по диаметру изгиба с оправкой радиусом равным пяти диаметром сгибаемой арматуры без потери прочности. При загибе арматуры на 180 градусов прочность арматуры снижается на 10%. По американским нормам диаметр оправки для арматуры номинальным диаметром до 26 мм сгибается по диаметру равному шести диаметрам сгибаемой арматуры, а арматура диаметром 28-36 мм сгибается по восьмикратному диаметру. При этом свободный загибаемый конец арматуры должен быть не короче 12 диаметров стержня арматуры. Нельзя сгибать арматуру, один конец которой уже замоноличен в бетон.
Практикуется как минимум два широко распространенных недопустимых приема гибки арматуры. Если заказчик требует от рабочих сгибать арматуру для армирования углов и примыканий фундаментной ленты (как и положено), а не класть ее перекрестиями, то рабочие, ленясь, либо нагревают место сгиба автогеном, на костре или паяльной лампой, либо надпиливают место сгиба арматуры болгаркой. Понятно, что оба способа значительно ослабляют стрежни арматуры, что может привести к разрушению их целостности под нагрузкой. Требование (пункт 7.3.1 ACI 318-08) гласит: Все виды арматуры должны сгибаться в холодном состоянии, если иное не предписано проектировщиком.
Некоторые строители считают, что в качестве рабочей арматуры можно использовать любой металл любой конфигурации: трубы, алюминиевые изделия, плоские листы, отходы от промышленной вырубки деталей, сетку рабицу, проволоку и т.п. Все эти материалы не обладают требуемыми характеристиками, чтобы адекватно воспринять нагрузки на сжатие или растяжение, и не предохраняют бетон от деформаций и образования трещин. Армирование рельсами также не рекомендуется из-за низкого сцепления бетона с гладкой поверхностью металла. Включение в состав бетона алюминия приводит к химическим реакциям, разрушающим бетон.