Армирование железобетонных конструкций

 

Чтобы арматура могла выполнять свою задачу, она должна быть расположена в конструкции в соответствии с распределением усилий, соответствовать указани­ям по армированию и удовлетворять условиям по установке ее в конструкции. По назначению арматура различается на главную арматуру, конструктивную арма­туру и транспортировочную арматуру.

Для устойчивости сооружений важнейшими конструктивными элементами являются, например, фундаменты, колонны, стены, плиты, лестницы, балки и балочные плиты.

 

Фундаменты

 

Фундаменты могут быть армированными и неармированными. Они должны быть армированными, когда фундамент не может быть возведен той высоты, которая позволяет ему работать только на сжатие, или если они устраиваются на чувствительном к осадкам основании. Строительное основание перед укладкой арматуры должно покрываться чистым слоем бетона или раствора толщиной не менее 5 см. Фундаменты могут быть центрально нагруженными ленточными и точечными.

 

Ленточные фундаменты

 

Ленточные фундаменты под стены имеют в по­дошве фундамента в поперечном направлении ар­матуру, работающую на растяжение при изгибе, а в продольном направлении — распределительную ар­матуру (рис. «Армирование ленточных фундаментов»). Дополнительная верхняя арма­тура требуется в том случае, когда в вышерасположенной стене имеются проемы, например, двери.

Ленточные фундаменты под рядом колонн вы­полняются в большинстве случаев как фундамент­ные балки (см. рис. «Армирование ленточных фундаментов»). При этом продольное ар­мирование устраивается как в неразрезных балках, как арматура, работающая на растяжение при из­гибе. В поперечном направлении устанавливаются хомуты, которые вблизи колонн могут иметь мень­шее расстояние между собой.

Соединительная арматура для стен и колонн устраивается одновременно с арматурой фундамен­тов (см. рис. «Армирование ленточных фундаментов»).

 

 

 

 

Отдельные (точечные) фундаменты

 

Центрально нагруженные точечные фундамен­ты имеют в большинстве случаев квадратную в пла­не форму со стороной Ь. Здесь исходят из двухосно­го восприятия нагрузки, причем изгибающие мо­менты уменьшаются от колонны к краю фунда­мента. При этом получается средняя область, которая более нагружена, чем краевые области. Средняя область принимается шириной 2·b/4, а средняя об­ласть — шириной Ь/4. Арматура устанавливается в продольном и поперечном направлении по подошве фундамента. В большинстве случаев на обоих концах устанавливаются единичные стержни одинакового диаметра с угловыми крюка­ми. При этом расстояние между стержнями арматуры в краевой области фунда­мента (s) в два раза больше, чем в серединной области, например, s = 10 см/20 см или s = 12,5 см/25 см. Отдельные стержни сначала укладываются по всей шири­не фундамента с выдерживанием расстояния друг от друга, соответствующего краевой области фундамента. После этого в области шириной Ь/7 под колонной укладываются еще промежуточные стержни (рис. «Армирование квадратных точечных фундаментов»).

 

Железобетонные колонны

 

Колонны — это вертикально стоящие строительные конструкции, размеры попе­речного сечения которых малы по сравнению с высотой, которую также называ­ют длиной. Они называются стержневыми сжатыми элементами. В большинстве случаев они служат опорами для других строительных конструкций, таких, как балки, ригели, прогоны, и передают нагрузки с них дальше вниз. При этом речь идет преимущественно о сжатии в на­правлении длины колонны, которое называется нормальной силой (N). Кроме того, колонны могут работать на изгиб за счет горизонтальных на­грузок, например, ветровых и динами­ческих (ударных). По виду нагрузки различают центрально сжатые и внецентренно сжатые колонны. В случае стройных колонн с небольшим сече­нием дополнительно имеет место опасность продольного изгиба. Про­дольным изгибом называют внезап­ное боковое искривление колонны под нагрузкой. Продольный изгиб может возникнуть под нагрузкой, при которой напряжение в бетоне еще да­леко не достигло своего предельного значения напряжения на сжатие.

В качестве критерия опасности продольного изгиба служит в основ­ном стройность колонны, которая определяется как отношение высоты или длины колонны к ее толщине. В колоннах вместо длины использу­ется понятие свободной длины про­дольного изгиба. Свободная длина продольного изгиба (s_k) принимает­ся в зависимости от того, защемлена ли колонна или шарнирно оперта (рис. «Изгибная длина железобетонных колонн»). В железобетонных кон­струкциях шарнирами называются такие соединения, которые на осно­ве их армирования передают только усилия сжатия или растяжения на другие элементы, но не передают из­гибающие моменты.

В зависимости от изготовления, независимо от нагрузки и опасности продольного изгиба предписывают­ся минимальные толщины колонн (табл. «Правила возведения железобетонных колонн»). Колонны могут быть не армированными, армированными с хомутами, ошнурованными или арми­рованными спиральной арматурой.

В надземном строительстве применяются в основном колонны, армированные с хомутами. Арматура состоит из продольной арматуры и хомутов. Бетонное сече­ние колонны несет нагрузку совместно с арматурными стержнями и хомутами. Хомуты имеют задачу предотвратить продольный изгиб продольных стержней.

В случае колонн высотой на этаж продольная арматура оканчивается в оголовнике колонны и заанкеривается в присоединяемой строительной конструк­ции. В случае колонн, проходящих насквозь через несколько этажей, по крайней мере, угловые продольные стержни должны быть пропущены через перекрытие в качестве соедини­тельной арматуры с вышележащей колонной. Необходимые для этой цели стержни должны быть отогнуты. Непосредственно под и над балками или плитами на высоте, равной наи­большему размеру сечения, и при стыках внахлест продольных стерж­ней d_sl >14 мм расстояние между хо­мутами sv следует уменьшить с коэф­фициентом 0,6.

Продольные стержни следует размещать преимущественно по углам и удерживать от продольно­го изгиба с помощью хомутов. Каж­дый угол колонны следует армировать минимум одним стержнем, но не бо­лее 5 стержней. Диаметр стержней за­висит от размеров сечения колонны.

У колонн с высотой поперечного се­чения h ≥20 см диаметр стержней со­ставляет d_sl > 12 мм. При установке стержней наибольшие расстояния между ними не должны превышаться.

Наибольшие расстояния между продольными стержнями должны быть не более 30 см, что при сечении колонны, сторона которой не превы­шает 40 см, соответствует одному стер­жню в каждом из 4 углов (рис. «Установка хомутов в случае многих продольных стержней»).

Если продольные стержни должны быть отогнуты, то в нижних точках из­гиба должны устанавливаться допол­нительные хомуты (рис. «Армирование внутренней колонны»).

Хомуты могут быть отдельными хомутами или хомутами из арматурных сеток. Минимальный диаметр хомута зависит от вида армирования и диаметра продольных стержней. Он составляет для отдельных хомутов ≥ 6 мм, для арматур­ных сеток ≥ 5 мм, а относительно диаметра продольных стержней ≥ 0,25 max d_sl причем принимается наибольшее значение. Продольная арматура должна быть окружена поперечной арматурой, которая достаточно заанкерена в бетоне. Каждый хомут должен завершаться крюком. Крюки должны быть смещенными относительно друг друга по высоте. Если в од­ном углу сечения колонны установлено более трех стержней, то крюки должны быть смещены относительно друг друга. Хомутами в каждом углу от выгиба мож­но закрепить до пяти продольных стержней. При этом, однако, расстояние от оси последнего стержня до углового стержня должно быть не более 15-кратного диа­метра хомута d_sl (рис. «Армирование хомутами»). Другие продольные стержни и стержни на большем расстоянии от углового стержня необходимо раскреплять промежуточными хо­мутами и S-образными крюками. Последние могут располагаться на удвоенном расстоянии друг от друга по сравнению с главными хомутами (см. рис. «Армирование хомутами»).

Расстояние между хомутами s_w может быть не более наименьшего размера се­чения h колонны или не более 12-кратного диаметра d_sl продольных стержней с наименьшим диаметром стержня, т.е. ≤ 30 см, причем принимается наименьшая величина (см. рис. «Армирование хомутами»). Меньшие расстояния между хомутами требуются, на­пример, у оканчивающейся продольной арматуры, в местах стыков внахлест и у подошвы колонны и у ее оголовка.

 

Установка арматуры

 

Арматура колонн должна обязательно изготавливаться в виде пространствен­ного каркаса. Предварительное изготовление пространственных колонн произ­водится частичными рабочими шагами.

• Укладка продольной арматуры (не­сущих стержней) одной стороны колонны на монтажные козлы.
• Установка расстояний между хому­тами путем нанесения рисок на продольные стержни с учетом из­меняющихся расстояний.
• Навеска и закрепление хомутов (крюки хомутов располагать со смещением).
• Вдвижка диагональных стержней для придания жесткости каркасу.
• Установка дистанционных прокла­док на хомуты.
• Проверка армирования.

 

Железобетонные стены

 

Стены — это конструкции в виде пла­стин, которые преимущественно ра­ботают на сжатие. Согласно DIN 1045 стены отличаются от опор отношени­ем их ширины b и высоты h. Работаю­щие на сжатие конструкции, называ­ющиеся также сжатыми элементами, ширина которых больше пятикратной толщины, называются стенами, а те, у которых это соотношение меньше, называются опорами или пилонами (рис. «Название сжатых элементов»). Стены образуют боковые ограничения застроенного простран­ства. Стены как вертикальные пласти­ны и перекрытия как горизонтальные пластины обеспечивают жесткость друг друга и тем самым влияют на прочность и устойчивость всего со­оружения.

По выполняемым функциям раз­личают несущие стены, стены жест­кости и ненесущие стены. Работаю­щие преимущественно на изгиб стро­ительные конструкции в виде пластин называют подпорными стенами.

Если стены жестко соединены с плитой подошвы, то получаются бассейны или лотки, которые находят, например, применение в строительстве очистных сооруже­ний (т. II, разд. L9.3.1.2.). В сооружениях типа резервуаров для воды (т. II, разд. 19.1.4.1) плиты подошвы, стены и плиты покрытия также жестко соединяются между собой. Если при этом требуется обеспечить водонепроницаемость, то надо, чтобы усадочные напряжения могли восприниматься конструкцией без образования трещин. Для это­го в области стыкования стены с подошвой горизонтальная арматура должна распола­гаться с меньшим расстоянием друг от друга.

Несущие стены — это конструкции для восприятия вертикальных на­грузок или для передачи горизонтальных нагрузок. Вертикальные нагрузки — это, например, собственный вес и полезная нагрузка на перекрытиях, горизон­тально действующая нагрузка — это, например, ветровая нагрузка. Несущие сте­ны должны удовлетворять требованиям статики. Несущая способность опреде­ляется в основном толщиной стены и ее «стройностью». При этом должны вы­держиваться минимальные толщины стен согласно DIN 1045 (табл. «Минимальные толщины несущих стен»).

Несущие наружные стены наряду с их несущей способностью должны удов­летворять требованиям тепло-, влаго-, шумо- и пожарозащиты.

Стены могут быть ар­мированными и неармированными. Они должны армироваться при нагруз­ках на растяжение, при опасности продольного изгиба, при внецентренной нагрузке и, если они не раскреплены стенами жесткости или другими конструкциями.

Расположение арма­туры зависит от характера нагрузки. При этом различают стены, работающие на сжатие, стены, работаю­щие на изгиб, и стены, работающие на сжатие с изгибом. Стены, работающие на сжатие, например, внутренние стены, армируются как колонны. Стены, работаю­щие на изгиб, например, подпорные стены, армируются как плиты. В случае стен, работающих на сжатие с изгибом, как, например, наружные стены подвалов, при­меняется арматура, соответствующая преобладающей нагрузке.

Стены, работающие на сжатие, имеют арматуру, расположенную с обеих сто­рон. Она состоит из главной арматуры (продольной арматуры), которая называет­ся также сжатой арматурой, и из поперечной арматуры. Главная арматура распо­лагается вертикально в направлении нагрузки, поперечная арматура располагает­ся под прямым углом к ней. Она служит в основном для распределения нагрузки и для предотвращения образования усадочных трещин. Наружные арматурные стер­жни заанкериваются в теле стены с помощью S-образных крюков или закладных хомутов. В углах и на свободных концах требуется дополнительное армирование.

Главная арматура состоит из продольных стержней, минимальный ди­аметр которых d_sl у отдельных стержней должен составлять 8 мм, а в случае при­менения арматурных сеток — каркасов — 5 мм. Продольные стержни должны рас­полагаться на расстоянии не более 20 см друг от друга. Они могут в первом слое находиться снаружи (от хомутов), если защитный слой бетона соответствует по меньшей мере двукратному диаметру несущих стержней или если несущие стер­жни имеют диаметр не более 14 см. При применении арматурных сеток несущие стержни всегда могут располагаться снаружи. В прочих случаях продольные стер­жни надо устанавливать во втором ряду. При этом они должны охватываться по­перечной арматурой (рис. «Положение главной арматуры»).

Поперечная арматура должна составлять не менее 25% сечения глав­ной арматуры. С каждой стороны стены необходимо располагать поперечные стер­жни на расстоянии s≤ 35 см с диаметром отдельных стержней 6 мм (рис. «Армирование железобетонных стен»).

 

 

Лежащие снаружи арматурные стержни с обеих сторон стены необходимо свя­зывать не менее чем в четырех, смешенных относительно друг друга местах на каждый квадратный метр стены S-образными крюками. В толстых стенах анкеровка главной арматуры в толще стены может осуществляться закладными хомутами, причем свободные концы хомутов должны иметь длину 0,5·l_ь (рис. «Установка арматурных хомутов»). S-образные крюки могут отпасть, если несущие стержни имеют диаметр не более 14 мм, и защитный слой бетона соответствует по меньшей мере дву­кратному диаметру стержней.

На свободных концах, например, у концов стены, у окон и дверей, до­полнительно к главной арматуре не­обходимо устанавливать угловые стержни и закреплять их с помощью U-образных закладных хомутов. Рас­стояние между закладными хомута­ми должно быть не более толщины стены h или 12-кратного диаметра угловых стержней. Длина заделки свободных концов хомутов должна соответствовать 2-кратной высоте сечения стены или длине заанкеривания l_b (рис. «Дополнительное армирование в углах стен и в местах присоединения поперечных стен»).

Углы стен и присоединения попе­речных стен требуют дополнительно­го армирования. Оно осуществляется, как правило, с помощью угловых угол­ков или с помощью закладных хому­тов. В надземном строительстве обыч­но достаточно применять для этого диаметр стержней 8 мм с расстоянием между хомутами 20 см (см. рис. «Дополнительное армирование в углах стен и в местах присоединения поперечных стен»).

 

Указания по армированию железобетонных стен

 

• Продольное армирование — минимальный диаметр d_sl ≥ 8 мм, расстояние между стержнями < < 20 см с каждой стороны стены.
• Поперечная арматура — с каждой стороны стены 25% про­дольной арматуры (по площади се­чения), на расстоянии ≤ 35 см.
• Заанкеривание наружных ар­матурных стержней с обеих сторон стены четырьмя расположенными со смещением друг относительно друга S-образными крюками на каждый м² площади стены, в случае толстых стен предпочтительно с помощью заклад­ных хомутов. Если защитный слой бетона составляет по меньшей мере 2d_s, то S-образные крюки при несущих стенах d_s = 14 мм могут не применяться.
• Дополнительное армирование, например, у концов стен, у дверей и окон U-образными закладными хомутами и угловыми стержнями.
• Стены, проходящие через несколько этажей, требуют устройства соедини­тельной арматуры для вышележащих стен, если эти стены должны передавать силы растяжения при изгибе.

 

УСТАНОВКА АРМАТУРЫ

 

Для армирования стен часто применяются арматурные сетки. Там, где это невозможно, устанавливается стержневая арматура. Как правило, арматуру уста­навливают у опалубки одной из сторон стены. Армирование отдельными стерж­нями производится с помощью следующих рабочих операций.

• Выравнивание соединительной арматуры.
• Укрепление отдельных продольных стержней на опалубке с выдерживани­ем толщины защитного слоя бетона.
• Установка отдельных поперечных стержней.
• Укрепление дистанционных прокладок.
• Установка остальных стержней продольной и поперечной арматуры.
• Армирование другой стороны стены.
• Установка S-образных крюков.

 

При армировании стен арматурный каркас не должен служить козлами для подмостей. Для ведения арматурных работ, начиная с определенной высоты, необходимо устройство подмостей. Если стержни укрепляются на опалубке с помощью гвоздей, они должны быть перед бетонированием удалены для защи­ты от коррозии.

Для стен подвалов в жилищном строительстве все в большем количестве применяются панели высотой на этаж шириной до 2,5 м из изготавливаемых на заводе сборных железобетонных изделий в виде решетчатых ферм, бетонируе­мых против друг друга и потом заливаемых монолитным бетоном. Этот смешан­ный, сборно-монолитный способ строительства соединяет преимущества сбор­ного строительства с преимуществами монолитного строительства. Трудозат­ратные опалубочные и арматурные работы перемещаются на завод. Готовая за­литая бетоном стена имеет гладкие поверхности, которые со стороны помещения не требуют дальнейшей обработки. С помощью стандартных, угловых, двер­ных и оконных элементов, а также доборных деталей можно создать любую форму плана.

 

Подпорные стены

 

Подпорные стены служат для удерживания объемов грунта, например, при стро­ительстве дорог в выемках или у въездов в подземные гаражи. Так как они в большинстве случаев нагружены давлением грунта с одной стороны, то подпор­ные стены преимущественно работа­ют на изгиб. Часто они выполняются в виде угловых подпорных стен.

Угловая подпорная стенка состо­ит из плиты основания, которая назы­вается подошвой, и вертикальной сте­ны (рис. «Форма подошвы подпорной стены»). Подошва и стена же­стко связаны друг с другом и образу­ют в большинстве случаев прямой угол. По виду подошвы различают стены с подошвой в сторону грунта и с подошвой в сторону воздуха. Расши­рение подошвы за пределы толщины стены, называемое также шпорой, повышает устойчивость подпорной стенки против опрокидывания. На­грузка от веса грунта у угловых под­порных стен также повышает их ус­тойчивость против опрокидывания.

У таких подпорных стен стена со сто­роны грунта, плита подошвы сверху и шпора снизу работают на растяже­ние (рис. «Растягивающая нагрузка в угловой подпорной стенке»). Особо опасное сече­ние находится между плитой подо­швы и вертикальной стеной. Так как здесь, как правило, проходит рабочий шов, при выполнении работ в этом месте требуется особая тщательность.

Подпорные стены — это конструкции, работающие преимущественно на из­гиб. Они имеют арматуру, работающую на растяжение при изгибе, а также кон­структивное армирование. Арматура, работающая на растяжение при изгибе, устанавливается на растянутой стороне подпорной стены и состоит из главной арматуры и поперечной арматуры.

Главная арматура стены расположена вертикально, главная арматура подошвы лежит в поперечном направлении. Диаметр и расстояния между стерж­нями арматуры берутся из арматурных чертежей. Наибольшие расстояния в об­ласти наибольшей изгибающей нагрузки должны быть выдержаны. Они не долж­ны превосходить 25 см при толщине конструкции h ≥ 25 см и 15 см при толщине конструкции h ≥ 15 см.

Поперечная арматура проходит перпендикулярно главной арматуре. Она должна составлять не менее 20% сечения главной арматуры. Поперечную арматуру следует устанавливать с шагом s_q ≤ 25 см.

Конструктивная арматура находится со стороны воздуха подпорной стенки, а в плите подо­швы — снизу. Здесь особенно подхо­дят арматурные сетки с квадратными ячейками (сетки Q). Кроме того, на верхнем конце стены должно быть установлено концевое армирование из двух стержней, например, диамет­ром 14 мм, которые должны быть закреплены хомутами. Арматура вер­тикальной стены связывается в боль­шинстве случаев S-образными крю­ками или хомутами. В плите подо­швы для закрепления верхней арма­туры устраиваются поддерживающие элементы (рис. «Армирование угловой подпорной стены»).

В подпорных стенах большой вы­соты арматура подошвы и арматура стены должны устанавливаться от­дельно с соединительной арматурой. При этом соединительная арматура должна так далеко выступать за верх­нюю грань плиты подошвы, чтобы выдерживался размер перехлеста l_s с арматурой стены. Он соответствует, как правило, длине заанкеривания l_ь.

В подпорных стенах с подошвой со стороны воздуха (см. рис. «Растягивающая нагрузка в угловой подпорной стенке») стена со стороны грунта и подошва снизу работают на растяжение. Арматура, на­груженная на растяжение при изгибе, устанавливается в соответствии с распре­делением усилий, конструктивная арматура устанавливается в стене со стороны воздуха, а в подошве — сверху.

Если подпорные стены разделяются швами и герметизируются шовными лентами, то место расположения шва дополнительно должно армироваться хо­мутами (рис. «Укрепление хомутами места закладки шовной ленты»). Расстояния между швами необходимо устанавливать в со­ответствии с ожидаемыми деформациями от усадки, ползучести и температур­ных перепадов. Подпорные стены, подверженные прямому солнечному облу­чению, требуют меньших расстояний между швами, чем те, которые находятся в защищенном от солнца положении.