Железобетон в строительстве

 

Под железобетонным строительством понимают строительство сооружений или строительных конструкций из армированного бетона (рис. «Железобетонные конструкции»). Железобетон может возводиться монолитным способом или применяться для сборных конст­рукций. Железобетонные конструкции должны иметь достаточную несущую спо­собность и удовлетворять требованиям строительной физики. Кроме того, они должны иметь красивый внешний вид и быть экономичными в изготовлении и при эксплуатации.

Железобетон — это связанный материал, чья несущая способность достигается за счет совместной работы стали и бетона. Стальные вложения, называемые ар­матурой, могут состоять из арматурной стали или арматурных сеток. Арматура воспринимает растягивающие усилия, повышает прочность на сжатие бетона и ограничивает трещинообразование в конструкции. Бетон может воспринимать только усилия сжатия. Он образует форму строительной конструкции, осуще­ствляет защиту от коррозии арматуры и служит для пожарозащиты.

 

• Примерно одинаковое температурное расширение стали и бетона в области обычных температур.

• Прочное соединение между бето­ном и арматурой вследствие сцеп­ления (адгезии), сцепления за счет трения (сопротивление трению) и сцепления среза (дюбелеподобное зубчатое сцепление стальной по­верхности и бетона).
• Защита арматуры от коррозии ок­ружающим ее бетоном (бетонное покрытие).

• Минимальные требования к строительным материалам и их при­менению предписываются DIN 1045 «Несущие конструкции из бетона, железобетона и преднапряженного бетона» следующие.
• Предпосылками для долговечной совместной работы стали и бетона, напри­мер, являются:

• Следует учитывать минимальные классы бетона по прочности на сжатие в зависимости от классов экспозиции.
• Следует придерживаться граничных значений содержания цемента и водо­цементного отношения.
• Наибольшее зерно заполнителя не должно превышать 1/3 наименьшего раз­мера строительной конструкции.
• Преобладающая часть заполнителя должна быть меньше, чем расстояние между стержнями арматуры или расстояния между арматурой и опалубкой.
• Поверхность арматуры должна быть свободна от несвязанной ржавчины, мас­ла, жира и прочих загрязнений, а также свободна ото льда.

 

Так как конструкции в сооружении подвержены различным нагрузкам (дей­ствующим силам), то, соответственно, возникают различные напряжения от сил реакций. Большинство железобетонных конструкций, например, балки, плиты и балочные плиты, работают на изгиб. При этом на основе внешней нагрузки воз­никают изгибающие моменты и поперечные силы, которые вызывают внутри бал­ки напряжения растяжения при изгибе, напряжения сжатия при изгибе и напря­жения сдвига. Эти напряжения часто выступают совместно, их распределение может быть представлено линиями главных направлений напряжений (траекто­рий) (рис. «Напряжения в железобетонной балке»). Арматура должна быть расположена соответственно силовому потоку по линиям главных напряжений, что возможно только приблизительно.

Для назначения размеров в стро­ительстве из железобетона исходят из допущений, на которых основаны методы статических расчетов. При чистом изгибе образуется сжатая и растянутая зоны. В растянутой зоне сталь работает на растяжение. В сжа­той зоне бетон работает на сжатие (рис. «Напряжение при чистом изгибе»).

Прочность связи в бетоне обеспе­чивает одинаковые деформации при внешней нагрузке. Так как способ­ность стали к растяжению значитель­но больше, чем у бетона, то он при превышении его прочности на растя­жение в зоне растянутой арматуры начинает растрескиваться. Для того чтобы это не влияло на защиту арма­туры от коррозии и на внешний вид конструкции, предписывается огра­ничение ширины раскрытия трещин.

Это может быть достигнуто, например, путем назначение минимального армирования, уменьшения допустимого напряжения стали, ограничения диаметра стержней арматуры и расстояния меж­ду стержнями.

Несущая способность и долговечность железобетонных конструкций может быть повышена за счет применения более высоких классов прочности бетона.

 

Положение и форма арматуры

 

Армирование предполагает знание распределения усилий в железобетонных конструкциях. Положение и форма арматуры зависят от нагрузки и должны для каждой конструкции определяться отдельно.

 

Армирование конструкций, работающих на изгиб

 

В конструкции, работающей на изгиб, например, в перемычке (балке), возни­кают изгибающие моменты и поперечные силы. Названная в примере перемычка над дверью может рассматриваться как балка на двух опорах с равномерно рас­пределенной нагрузкой.

Это упрощенное представление называют статической системой (рис. «Изгиб в следствие равномерно распределенной нагрузки»). У этой перемычки изгибающие моменты в центре балки — наибольшие и умень­шаются к опорам. Балка прогибается. При этом она в верхней части сжимает­ся. Возникает сжатие, называемое также сжатием при изгибе. Эта область по­тому и называется сжатой зоной. В нижней области балка растягивается. В этой области говорят о растяжении или о растяжении при изгибе. Эту область поэтому называют растянутой зоной (см. рис. «Напряжение при чистом изгибе»).

Поперечные силы проходят по­перек (под прямым углом) к оси бал­ки. При равномерно нагруженной балке на двух опорах они имеют са­мую большую величину и уменьша­ются к центру балки до нуля. Попе­речные силы создают в балке в про­дольном направлении продольные напряжения сдвига, а в поперечном направлении — поперечные сдвиго­вые напряжения. Оба этих типа на­пряжений создают вместе напряже­ния сдвига. Они проходят наклонно к оси балки и называются сдвигом.

Сдвиг вызывает растягивающие на­пряжения, действующие под накло­ном (рис. «Сдвиг в следствие изгиба»). Сдвиговые усилия воспринимаются вертикальными хомутами и отогнутыми стержнями (отгибами). Кроме того, вертикальные хомуты у опор ставятся чаще (рис. «Обеспечение работы на сдвиг в местах в близи опор»).

Для того чтобы обеспечить несущую способность балки, необходимо там, где имеют место растяжение и сдвиг, уста­новить арматуру (рис. «Работающая на изгиб балка на двух опорах»). Арматура, как правило, состоит из прямолиней­ных несущих стержней, хомутов и мон­тажных стержней. Прямые несущие стержни воспринимают растягивающие усилия. Отогнутые несущие стержни воспринимают дополнительно в райо­не отгибов сдвиговые усилия. Хомуты служат в основном для восприятия уси­лий сдвига и устанавливают взаимоза­висимость между сжатой и растянутой зоной. Монтажные стержни облегчают изготовление и установку арматуры.

В строительных сооружениях кро­ме балок на двух опорах имеются и другие конструкции, которые подвер­гаются изгибу, например, опертые на несколько опор балки и балки с консо­лями (рис. «Конструкции, работающие на изгиб»). Для того чтобы мож­но было определить положение и фор­му арматуры, необходимо определить поперечные силы и изгибающие мо­менты и представить их графически (см. рис. «Конструкции, работающие на изгиб»). Изгибающие моменты, которые лежат под осью балки, образу­ют растяжение в нижней ее части, мо­менты, которые показаны над осью балки, образуют растяжение в ее верх­ней части. Моменты, которые показа­ны в нижней части балки, называю пролетными моментами, а те, что лежат в верхней части балки, — опор­ными моментами.

Возникающие в области изгибающих моментов рас­тягивающие усилия должны быть восприняты арматурой. Возникаю­щие вблизи опор сдвиговые напря­жения должны также воспринимать­ся арматурой.

Конструкции, работающие на изгиб, это, например, балки, такие, как перемычки и ригели, плиты, та­кие, как лестничные марши и плиты перекрытий, балочные плиты, как, например, ребристые плиты.

 

Бетонные покрытия

 

Арматурные стержни для обеспече­ния связи с бетоном и защиты от коррозии и воздействия пожара дол­жны иметь достаточный защитный слой бетона. Кроме того, железобе­тонные конструкции должны быть устойчивы против химических и фи­зических воздействий. Эти влияния классифицированы в условиях окру­жающей среды. При этом следует различать воздействия, приводящие к коррозии арматуры, и влияния, воздействующие на бетон.

Для обеспечения долговечности в зависимости от класса экспозиции назначается класс бетона по проч­ности и минимальная толщина за­щитного слоя бетона (табл. «Размеры защитного слоя бетона и минимальный класс бетона по прочности в зависимости от класса экспозиции»). В качестве толщины защитного слоя бетона принимается расстояние вне­шних стержней арматуры, например, хомутов, от опалубки. Этот слой также называется чистым слоем бе­тона. Различают минимальную ве­личину с и номинальную величину с_ном защитного слоя. Номиналь­ная величина складывается из ми­нимальной величины и допуска — упреждающей (гарантирующей) величины (Ас), которая для класса экспозиции ХС1 составляет 1,0 см, а для классов экспозиции ХС2, ХСЗ, ХС4, XD и XS — 1,5 см. С помощью допуска учитываются возможные отклонения при проектировании и возведении. Номинальная величина защитного слоя бетона приводится на ар­матурных чертежах.

Слои из естественного или искусственного камня, дерева или бетона пори­стостью насыпи не могут причисляться к защитному слою бетона. Увеличение защитного слоя может быть необходимым по причине повышенных требований пожарозащиты, при бетонных поверхностях из железненного (замываемого) бе­тона или при поверхностях, которые будут обрабатываться пескоструйным спо­собом или предназначены для резьбы по камню.

 

 

Защитный слой в конструкции образуется с помощью дистанционных про­кладок, кроме того, предусматриваются меры по предотвращению сдвига арма­туры при укладке и уплотнении бетона. Точечные прокладки применяются для нижней арматуры, например, для плит, балок и фундаментов, а также между стер­жнями и боковой опалубкой, например, в балках, колоннах и стенах. В качестве дистанционных прокладок для верхней арматуры плит подходят поддерживаю­щие короба линейной формы из стальных арматурных сеток в зависимости от вида укладки с или без защищенных от коррозии выступающих опорных частей. В случае толстых плит, например, плит подошвы, устраивают особые формы, как, например, козлы из круглой стали.

Дистанционные прокладки являются вспомогательными монтажными эле­ментами и состоят из синтетического материала, волокнистого бетона или из про­стого бетона. Они должны просто и надежно устанавливаться, быть устойчивыми против разрушения и не деформиро­ваться под нагрузкой. Дистанцион­ные прокладки не должны вызывать повреждений на «одежде» опалубки.

Дистанционные прокладки из пластмассы являются самыми распро­страненными, так как они сточки зре­ния удобства в работе и затрат време­ни на их установку являются более предпочтительными (рис. «Дистанционные прокладки»). Арма­тура удерживается в предназначенной для этого выемке. Площадь соприкос­новения с опалубкой мала. Пластмас­совые дистанционные прокладки имеют такую форму, что обеспечива­ется их зубчатое сцепление с бетоном.

При морозе они могут становить­ся хрупкими и ломкими или изменять форму при высоких температурах. Зимой это отрицательно сказывается на качестве конструкций, особенно тогда, когда армированные конструкции, находясь еще в опалубке, должны защищаться от снега и льда с помощью тепло­вых пушек или других генераторов тепла.

Для стен, армированных арматурными сетками, имеются дистанционные про­кладки, которые обеспечивают как расстояние сеток друг от друга, так и расстоя­ние крайних сеток от опалубки. Такие дистанционные прокладки заменяют подъемные петли.

Дистанционные прокладки из волокнистого бетона и из бетона имеют хоро­шее сцепление с основным бетоном (см. рис. «Дистанционные прокладки»). Они особенно подходят для конструкций с лицевым бетоном.

При проведении строительных работ необходимо учитывать, что чем меньше высота конструкции, тем тщательнее надо устанавливать дистанционные проклад­ки. Например, отклонение в 1 см от запланированного положения арматуры умень­шает несущую способность сечения высотой 20 см примерно на 10%, а сечения высотой 100 см — только на 1%.

 

Указания по армированию

 

Для того чтобы соответствовать высоким требованиям в железобетонном строи­тельстве, необходимо учитывать при проектировании и выполнении работ указания по армированию. Наряду с этим имеются указания, например, об арматурных стендах, об изгибе арматуры, о заанкеривании арматуры и о стыках арматуры.

 

Общие указания по армированию

 

Для того чтобы арматура могла выполнять свои задачи, необходимо наряду с обеспечением правильного расположения в конструкции выполнять следующие правила по армированию:

• Арматура должна быть свободна от частиц материала, который может повли­ять на связь арматуры и бетона, например, от грязи, жира, льда и отслоившейся ржавчины. Слегка заржавевшая сталь не влияет отрицательно на сцепление, однако она может иногда влиять на внешний вид бетона, что особенно важно при лицевом бетоне.
• Арматуру необходимо изготавливать и устанавливать по проверенным арма­турным чертежам и связывать ее в жесткие каркасы. Растянутая и сжатая ар­матура (рабочая арматура) соединяется в каркас с помощью поперечной и распределительной арматуры или с помощью хомутов. Соединение произво­дится с помощью соединительной проволоки.
• Для сгибания крюков, угловых крюков и петель, а также отгибов и других ис­кривлений необходимо выдерживать минимальный диаметр изгибных роли­ков d_br.
• Заканчивающиеся арматурные стержни необходимо достаточно заанкеривать в бетоне.
• Арматура, особенно верхний слой арматуры плит, необходимо закреплять от прогибов с помощью подставок.
• Если при вложенной арматуре бетон уплотняется вибраторами глубинного дей­ствия, то необходимо предусмотреть проходы для вибратора. При скоплении верхней арматуры, например, над опорами при безригельных перекрытиях, не­обходимо предусматривать специальные люки для заполнения бетоном.
• Связь бетона и арматуры необходимо обеспечивать за счет достаточно толсто­го защитного слоя бетона, который одновременно обеспечивает долговечную защиту арматуры от коррозии.
• Для обеспечения защитного слоя необходима установка достаточного количе­ства дистанционных прокладок.
• Монтажная арматура и дистанционные прокладки должны устанавливаться таким образом, чтобы обеспечить правильное положение арматуры при уклад­ке и уплотнении бетона.
• В конструкциях, которые бетонируются на земле, как, например, плиты фун­даментов, землю следует покрыть чистым слоем. Он состоит, как правило, из бетона толщиной не менее 5 см.

 

Расстояния между стержнями

 

Для того чтобы параллельные стержни арматуры достаточно обволакивались бе­тоном, расстояние между ними в свету, а должно составлять не менее 2 см или быть равным диаметру стержня d_s (рис. «Расстояние между стержнями»). Если это требование из-за ширины строительной конструкции не может быть выполнено, то арматуру следует рас­полагать в несколько слоев. При этом стержни при выдерживании минималь­ных расстояний между ними укладываются друг над другом, и расстояние между ними по вертикали обеспечивается с помощью устройства поперечных стержней соответствующего диаметра.

При плотно расположенной арматуре для позднейшей укладки бетона пре­дусматриваются специальные пути вибрирования.

Если стальная арматура стыкуется внакладку, то в районе стыков арматурные стержни должны лежать по возможности более плотно друг к другу (см. рис. «Расстояние между стержнями»).

Расстояние между ними не должно быть больше 4d_s. Полные стыки не должны располагаться в сильно на­груженных местах.

Стальная арматура в районе сты­ков, а также арматура в пучках и двойные стержни сварных арматур­ных сеток могут касаться друг друга.

Наибольшие значения расстоя­ний между стержнями для ограничения трещинообразования рассчитываются в каждом отдельном случае с учетом класса экспозиции. Для отдельных конструкций, таких, как, например, плиты, колонны и стены, наибольшие рас­стояния между стержнями задаются нормами.

 

Сгибание арматуры

 

Распределение сил в конструкции может сделать необходимым, чтобы арматура в определенных местах была согнута или уложена с закруглением. Это необходи­мо, например, для заанкеривания, для восприятия растягивающих или сдвиго­вых усилий и для отведения сил, как, например, в углах рам. При этом стержни должны изгибаться под определенным углом и с заданным радиусом изгиба. Сги­бание арматуры — это процесс холодной деформации, при котором структура ма­териала наружных волокон растягивается, а внутренних — сжимается. Для того чтобы возникающие при этом напряжения держать в определенных границах, круглые стержни необходимо гнуть вокруг вращающихся изгибных роликов, ди­аметр которых d_br устанавливается DIN 1045 (рис. «Минимальное значение диаметра изгибаемого ролика»). Это справедливо для сги­бания крюков, угловых крюков, петель и хомутов, а также отгибов арматуры и других искривлений. Для определения минимального диаметра изгибного роли­ка определяющими являются либо способность данного сорта стали к изгиба­нию, либо предполагаемые напряжения в бетоне в районе искривлений. В местах отгибов, которые работают на растя­жение, в бетоне возникают значи­тельные усилия, которые называют растягивающими усилиями трещинообразования. Они могут быть вос­приняты или уменьшены, если у на­ружных стержней диаметр изгибного ролика или боковой защитный слой бетона делают толще.

Крюк круглого арматурного стер­жня диаметром d_s = 14 мм вследствие свойств материала — стали — должен изгибаться вокруг изгибного ролика диаметром 4d_s = 4·14 = 60 мм. Косо ото­гнутый стержень арматуры d_s = 16 мм при боковом защитном слое бетона 6 см вследствие свойств бетона должен сгибаться вокруг изгибного ролика 15·16 мм = 240 мм.

При сгибании сваренной армату­ры следует избегать случаи, когда ра­стяжение или сжатие волокон попа­дает на место изгиба. Поэтому наряду с диаметром изгибного ролика задает­ся также минимальное расстояние места сварки от начала изгиба. Если изгибаются сварные арматурные сетки, то изгиб может начинаться не ближе расстояния в 4d изгибаемого стержня от места сварки. От этого можно отклоняться, если у лежащих снаружи или внутри мест сварки радиус закругления составляет не менее 20·d_s (рис. «Положение мест сварки»).

 

Заанкеривание

 

Заанкеривание арматурных стержней в бетоне является предпосылкой надежно­го восприятия усилий арматурой. Она может осуществляться за счет связи бетона и стали. При этом возможны прямые концы стержней, крюки, угловые крюки, петли с или без приваренных поперечных стержней. Особой формой анкеровки являются анкерные устройства.

Связь арматурной стали и бетона в большой степени зависит от формы повер­хности арматуры, класса прочности бетона, размеров конструкции, а также по­ложения и угла наклона стержней при бетонировании. Измеренные значения до­пустимого напряжения связи установлены DIN 1045. С помощью разделения стер­жней на два типа связи учитываются процессы усадки в свежем бетоне (рис. «Типы связи»).

 

 

Типы связи

 

К типу связи I (хорошие условия связи) приписываются стержни, которые при бетонировании наклонены к горизонтальной поверхности ≥ 45°. Отогнутые ме­нее чем на 45° стержни и горизонтальные стержни принадлежат только тогда к типу связи I, когда они при бетонировании лежат не более чем на 30 см над ниж­ней поверхностью свежего бетона либо не менее 30 см ниже верхней поверхности бетона или поверхности захватки бетонирования. Изготовленные в лежачем по­ложении конструкции высотой более 50 см также приписываются к типу связи I, если они уплотняются наружными вибраторами.

К типу связи II (средние условия связи) относятся все стержни, которые не относятся к типу связи I, а также все горизонтальные стержни в конструкциях, изготавливаемых методом скользящей опалубки.

 

Длина заанкеривания

 

Основной размер l_ь длины заанкеривания является определяющим для заанкеривания стержней арматуры, полностью использующей свою несущую способ­ность, имеющих прямые концы. Он служит относительной величиной для расчета длины заанкеривания в отдель­ных случаях. Длина заанкерива­ния зависит от сорта стали, от диа­метра стержней, типа связи и клас­са прочности бетона (табл. «Основная величина (l_ь) длины заанкеривания для арматурной стали»).

Если устанавливаемая армату­ра (А_уст) больше, чем требуемая арматура (А_тр), то растягивающее или сжимающее усилие в стерж­нях меньше, чем это возможно на основе допустимых напряжений.

В этом случае длина заанкери­вания l_ь может быть сокращена в отношении А_{s треб}/А_{s факт}:

 

 

Минимальная величина дли­ны заанкеривания для растянутых стержней l_{b, min} ≥ 10·d_s.

Если, например, для армиро­вания на опорах неразрезной балки b/h = 30 см/50 см в С20/25 — BSt 500 S требу­ется сечение стали 10,2 см² и применены 4 стержня диаметром 20 мм с A_s = 12,6 см², то длина заанкеривания может быть уменьшена:

l_Ь (тип связи П) = 134 см (см. табл. «Основная величина (l_ь) длины заанкеривания для арматурной стали»)).

Действительная длина заанкеривания:

l_{Ь сокр} = 134 см ·10,2 см²/12,6 см²;

l_{ь сокр} = 108 см для конца стержня.

 

Виды заанкеривания

 

В случае применения арматурной стали ребристого (рифленого) профиля до­пустимо заанкеривание с помощью прямых концов стержней, с помощью крюков, угловых крюков, петель, с или без приваренных поперечных стержней (рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).

Анкеровка сеток из гладкой стали или из стали периодического профиля, в про­тивоположность сеткам из стали ребристого профиля, возможна только привар­кой поперечных стержней.

Прямые концы стержней образуют простейший способ заанкеривания, если возможно обеспечение требуемой длины анкеровки (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).

Крюки, уг­ловые крюки и петли из-за искривленных концов арматуры имеют преимуще­ство, заключающееся в том, что длина заанкеривания может быть сокращена по сравнению с прямыми концами стержней.

С помощью заанкеривания с прива­ренным поперечным стержнем внутри длины заанкеривания или с двумя прива­ренными поперечными стержнями на коротком расстоянии можно значительно сократить длину анкеровки за счет совместного действия поперечной арматуры.

Допустимое сокращение длины анкеровки у растянутых стержней зависит от формы кон­цов стержней и учитывается коэффициентом α_a (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»).

 

При полностью используемой несущей спо­собности стержневой арматуры диаметром 16 мм из В St 500S в бетоне С20/25 в типе связи I для прямых концов стержней получается размер заанкерива­ния 75 см, при устройстве углового крюка длина заанкеривания становится равной 75 см·0,7 = 52,5 см (рис. «Анкеровка стержней с ребристым профилем»).

 

Если анкеровка производится посредством крюков или угловых крюков (см. рис. «Длина заанкеривания в растянутых стержнях»), то для определения длины стержня необходимо при­плюсовать длину стержня, требуемую для форми­рования крюка.

 

Анкеровка отогнутых стержней

 

Для отогнутых кверху или вниз стержней, ко­торые служат для восприятия усилий сдвига, не­обходимо рассчитывать другие длины заанкери­вания. В области растягивающих напряжений в бетоне требуется длина заанкеривания, увеличен­ная в 3 раза по сравнению с прямыми концами стержней, в области сжимающих усилий в бетоне ее нужно умножать на 0,6 (рис. «Длина заанкеривания прямых концов стержней»).

 

Анкеровка на концевых опорах

 

Для восприятия, существующего растягиваю­щего усилия на концевых опорах необходимо часть пролетной арматуры завести за расчетную линию опоры (R) и там заанкерить (рис. «Заанкеривание на опорах»). Она про­ходит при треугольно-воспринимаемом давлении на опору в первой трети глубины опоры. Армату­ра, которая должна заводиться на опору, в общем случае должна составлять 1/3, а в плитах без арма­туры, работающей на сдвиг, — половину пролет­ной арматуры.

Различают прямое заведение на опору, напри­мер в стенах, и непрямое (косвенное) заведение на опору, например, во второстепенных балках при заведении арматуры на глав­ные балки. Длина анкеровки измеряется от передней грани опоры и составляет:

при прямом заведении на опору: l_ь,dir > 2/3·l_b,nel > 6d_s;

при косвенном заведении на опору: l_{ь indlr} > 2/3·l_ь,nel > 10d_s.

 

Анкеровочные элементы применяются только в особых случаях. Они состоят, например, из стальных пластин, стальных профилей или попереч­ных стержней, которые привариваются к анкеруемой арматурной стали. Их при­менение может быть необходимым, например, в сборных элементах при очень малой глубине опоры.

 

Заанкерирование на промежуточных опорах

 

Проходящие через промежуточные опоры неразрезные конструкции, на­пример плиты или балки, или на концевых опорах у балок с консолями должны иметь на опорах по меньшей мере четверть наибольшего пролетного армирова­ния, в плитах без арматуры, работа­ющей на сдвиг — не менее полови­ны пролетной арматуры, которую надо заводить за переднюю грань опо­ры и заанкеривать (см. рис. «Заанкеривание на опорах»). Размер заанкеривания составляет не менее 6d_s, отмеряя это расстояние от грани опоры.

 

Стыки арматуры

 

Если нельзя сделать арматуру из од­ного стержня подлине, то необходи­мы стыки арматуры. Стыки по воз­можности не должны располагаться в местах наибольших усилий, и сты­куемые стержни должны перекры­вать друг друга в продольном на­правлении. Нагруженные стыки стержней арматуры могут быть вы­полнены в виде прямого и непрямо­го соединения.

Непрямые соединения устраиваются за счет нахлестки, т.е. за счет расположения рядом друг с другом стержней на определенную длину. При стыках внахлестку для передачи усилий между стыкуемыми стержнями дополнительно нагружа­ется бетон. Выполнение стыковки может быть осуществлено с помощью пря­мых концов стержней, крюков, угловых крюков и петель, а также с помощью пря­мых концов с приваренными поперечными стержнями, например, в арматурных сталь­ных сетках (рис. «Непрямые стыки»).

Прямые соединения производят­ся за счет соединения концов стержней с по­мощью сварки или с помощью гаек и муфт (рис. «Прямые стыки»). Осевые стыки с помощью гаеч­ных и запрессованных муфтовых соединений требуют применение арматурной стали с резьбовидным профилем, с конической или цилиндрической резьбой на стыкуемых концах, а также применение напрессованных или надевающихся муфт. Соединения долж­ны быть допущены строительным надзором. При прямых стыках бетон дополнительно не нагружается.

По виду передаваемого усилия стыки раз­личаются на растянутые и сжатые. Если стер­жни стыкуются торцами, то через такие сты­ки могут передаваться только силы сжатия.

 

Длина нахлеста L_s

 

Длина нахлеста в непрямых стыках уста­новлена в DIN 1045. В стержнях ребер швы в нахлестку в продольном направлении дол­жны смещаться относительно друг друга. Они считаются смещенными подлине, если расстояние в длину между центрами стыков соответствует по меньшей мере 1,3 длины нахлеста (рис. «Продольные смещения арматурных стержней в районе стыка»).

 

 

 

Швы внахлестку сварных арматурных сеток

 

Если для армирования применяются сет­ки со склада, то для того, чтобы они подхо­дили по размерам к размерам конструкции, их необходимо состыковывать как в про­дольном, так и в поперечном направлении.

За счет применения дополнительных спи­сочных или чертежных сеток количество стыков сеток может быть уменьшено. Среди швов внахлестку в арматурных сет­ках различают между устройством стыков в стержнях в продольном направлении и в поперечном направлении. В основ­ном сеточные швы могут быть выполнены как одноплоскостные швы или двухплоско­стные швы, причем двухплоскостные швы являются основными.

 

Одноплоскостные стыки — это стыки сеток, у которых стыкующиеся стержни лежат рядом друг с другом в одной плоскости (рис. «Стыки арматурных сеток»). Они могут изготав­ливаться с применением сеток с длинными выпусками стержней, например, списочных сеток, или с помощью поперемен­ного отгибания стержней, причем поперечные стержни могут лежать попеременно сверху и снизу. Так как длина стыков по правилам стыкования для арматурной стали должна иметь размеры без учета приваренных в области стыка по­перечных стержней, то примене­ние их ограничивается специаль­ными случаями.

Двухплоскостные стыки — это стыки сеток, в ко­торых стыкуемые стержни лежат друг над другом (см. рис. «Стыки арматурных сеток»). При этом снабженные поперечными стержнями концы сеток уклады­ваются друг над другом. В арма­турных сетках с a_s≤12 см²/м мо­гут выполняться полные стыки.

При многослойной сеточной ар­матуре стыки отдельных слоев се­ток необходимо смещать на 1,3 длины нахлеста. Подробности о длинах нахлеста при растянутых стыках установлены в DIN 1045 (табл. «Длины перехлестов стыков несущих стержней при двухплоскостных стыках бетон C20/25, область стыковки I»).

Однако в большинстве случаев следуют правилу петель. Оно име­ет то преимущество, что петли при­близительно перекрываются и мо­гут легко связываться между собой (см. табл. «Длины перехлестов стыков несущих стержней при двухплоскостных стыках бетон C20/25, область стыковки I»).

 Длина перехлеста поперечной арматуры как распределительной арматуры короче, чем у продольной арматуры. Стыки распределительной арматуры в сет­ках со склада с концевыми выпусками зависят от расстояния продольных край­них стержней друг от друга и от боковых выпусков поперечных стержней. Внутри длины перехлеста l_s должны лежать по меньшей мере два поперечных стержня. Не требуемая по условиям статики поперечная арматура арматурных сеток в пли­тах и стенах может стыковаться в одном месте.

При устройстве стыков несущей и распределительной арматуры необходимо следить за тем, чтобы друг на друга ложились не более трех сеток.

 

Пучки арматуры

 

Пучки стержней состоят из двух или трех отдельных стержней периодического профиля диаметрами ≤ 28 мм. Отдельные стержни касаются друг друга и долж­ны быть связаны между собой, например, с помощью связывающей проволоки. Связывание арматурных стержней в пучки применяется, как правило, тогда, когда растягивающее усилие так велико, что нельзя выдержать требуемое рас­стояние в свету между стержнями в сечении. Для того чтобы при наличии пуч­ков не создавалось больших нагрузок на окружающий их бетон, чем при отдель­но уложенных стержнях, необходимо увеличить расстояние между пучками (а), а также толщину защитного слоя бетона с_ном. Кроме того, заанкериванию, сты­ковке и установке хомутов на пучках следует придавать большее значение. По­этому следует непременно следовать всем указаниям арматурных чертежей.

За счет увеличенной толщины защитного слоя арматуры в растянутой зоне могут возникнуть трещины. Чтобы эту опасность по возможности свести к мини­муму, в случае пучков арматуры с большим сечением стержней в растянутой зоне всегда устраивается армирование защитного слоя. Оно выполняется из узкоячеистой арматурной сетки со стержнями периодического профиля с шири­ной ячейки ≤ 15 см (рис. «Армирование в пучках»). Армирование защитного слоя уже необходимо, когда пучки состоят из двух стержней по 28 мм диаметром.

 

Армирование бетона

 

Армирование включает подготовку арматуры, предварительное изготов­ление арматурных карка­сов и установку арматуры в конструкцию.

 

 

Основой для выпол­нения работ и расчетов является арматурный чер­теж (рис. «Арматурный чертеж»). Он вклю­чает, как правило, изоб­ражение арматуры в кон­струкции, план изгибов или выборку стали и спецификацию арматуры (рис. «Спецификация арматурной стали»).

 

 

Для изображения арматуры выбирается упрощенная форма (рис. «Изображение отдельных арматурных стержней»). Арматурный чертеж, кро­ме того, дает сведения о классе прочности бетона, сорте стали, количестве и диа­метре, а также форме и положении арматурной стали, минимальных размерах изгибных роликов, поддержке верхней арматуры и о защитном слое бетона стальных закладных деталей. Арма­турные чертежи контролируют­ся и проверяются в инженерных бюро инженерами-контролерами. При изготовлении армату­ры должен обязательно быть в наличии соответствующий ар­матурный чертеж.

 

 

Подготовка арматуры

 

Подготовка арматуры включа­ет складирование, измерение и разрезку, а также изгибание ар­матурных стержней. Сталь по­ставляется в готовом к приме­нению состоянии, но может также изгибаться на стройплощадке.

 

Складирование арматуры

 

Складирование необработанной арматурной стали раздельно, по диаметрам стержней производится на специальных складских поверхностях, которые дол­жны располагаться по возможности вблизи подъездной дороги в зоне действия стрелы крана. Арматурные сетки могут складироваться в лежачем или в вертикальном положении.

 

Измерение и резка арматуры

 

Для того чтобы придать стали нужную длину, необходимо определение дли­ны разрезки. В качестве длины разрезки называют длину стального стержня в не­согнутом виде; в качестве краткого обозначения ис­пользуется I (рис. «Определение длины разрезки»). При прямых стержнях к наибольшей длине при­бавляется размер крю­ков. Последние состав­ляют у крюков, в зависи­мости от диаметра стерж­ней, около 10d_s до 12d_s, а при угловых крюках — примерно 8d_s. При ото­гнутых стержнях, кроме того, необходимо учиты­вать длину косой части отгиба (рис. 10.28). При этом высота отгиба h всегда измеряется от наруж­ной до наружной стороны отгиба. В зависимости от высоты конструкции от­гибы могут производить­ся под углом 30, 45 или 60°. Чтобы обрезков по возможности было мень­ше, необходимо следить затем, чтобы длины плат­форм складирования в 12 или 14 м без отходов делились бы на заданную длину разрезки. Прежде чем начать разметку по длине, целесообразно еще раз проверить данные о размерах по арматурным чертежам.

Разметка и разрезка производится на измерительном столе и на металлорежу­щей машине. Длины разрезаемых стержней отмечаются рисками согласно плану изгибов, после чего стержни режутся по длине. При этом следует учитывать допу­стимые допуски размеров. Отклонения размеров арматурных стержней должны не превышать предельных отклонений (табл. «Предельные отклонения длин отрезков при обрезке арматурных стержней»). Предельным отклонением назы­вается разница между допустимым максимальным или минимальным размером и номинальным размером. После этого арматурные стержни разрезаются на специ­альных машинах для резки арматурной стали. Для разрезки тонких стержней под­ходят ручные инструменты для резки стали. Машины для резки с приводом от мо­тора применяются при больших объемах работ и при больших диаметрах стерж­ней. Для разрезки по длине арматурных сеток применяют режущие инструменты, приводимые в действие вручную или с помощью гидравлики. Могут применяться резаки для арматурных сеток, работающие по принципу машин для резки болтов.

 

Изгибание арматуры

 

Изгибание арматурной стали производится на ручных изгибных плитах или с помощью изгибных машин с приводом от мотора. Для последующего изгиба вруч­ную на стройплощадке служит также двойное колено или стальной уступ.

Устройство для изгиба состоит из поворачивающейся изгибной тарелки, на которой могут закрепляться изгибные ролики различного диаметра, и из экс­центрика (см. рис. «Приспособления для изгиба и процесс изгиба»). При изгибе эксцентрик давит на стержень относи­тельно изгибного ролика. При этом стержень удерживается от отклонения не­подвижным роликом (пятой). Изготовление отгибов может быть осуществле­но за один рабочий проход с помощью соответствующих ус­тройств. С помощью дополни­тельных приспособлений мож­но изгибать кольца, хомуты и спирали. Для изготовления хо­мутов имеются специальные изгибные машины.

При многократно изогнутых стержнях, например, у хомутов, целесообразно изогнуть пробный стержень и дополнительно измерить наружные размеры. При этом отклонения размеров не должны превышать допустимые граничные зна­чения (табл. «Предельные отклонения от номинального размера длины отрезка при обрезании арматурных стержней»).

 

 

Для изгибания арматурных сеток применяются специальные изгибные маши­ны. В зависимости от количества, толщины стержней, ширины сетки и расстоя­ния между стержнями могут использоваться ручные изгибные машины или ма­шины с моторным приводом. Изгибные машины с моторным приводом позволя­ют изгибать сетки с диаметром стержней до 12 мм шириной изгиба в 2,15, 2,45 и 1,0 м. Процесс изгиба происходит с помощью крутящейся изгибной балки-вала, на которой можно предварительно установить три угла изгиба до 180°. Для этого на бесступенчато переставляемых с боков изгибных пальцах устанавливаются сменные изгибные сердечники. Их необходимо установить на расстоянии ячей­ки между стержнями изгибаемой сетки. Изгиб арматурных сеток производится по эскизу изгиба, который задает номер позиции, форму изгиба, размеры, а так­же диаметр изгибного ролика.

 

Установка арматуры

 

Для достижения несущей способности железобетона в конструкцию нужно уста­новить арматуру точно по чертежам. При этом необходимо отдельные арматур­ные стержни сделать жесткими и связать их в несдвигаемые арматурные плоские или пространственные каркасы. Это производится с помощью различного вида связывания арматуры.

 

Виды связывания арматуры

 

Связывание арматуры в каркасы осуществляется непосредственно путем свя­зывания арматуры проволокой и путем сварки. В арматурных сетках перекрещи­вающиеся стальные стержни на заводе связываются друг с другом посредством электрической сварки путем использования электрического сопротивления (кон­тактной сварки).

Вязание (плетение) производится в основном с помощью вязальных плоскогубцев или монтажных щипцов и вязальной проволоки. Вязальная проволока — это отожженная проволока толщиной 1 или 2 мм. Для вязания каркасов применяется также вя­зальный стержень, при этом применяют проволоч­ные скрутки (рис. «Скручивающий стержень и проволочные соединения»). Проволочные скрутки — это снабженные петлями отрезки вязальной прово­локи длиной от 8 до 30 см. При вязании каркасов следует следить за тем, чтобы концы проволок не проходили в защитный слой бетона.

Существуют различные виды связывания арма­туры, которые называют узлами (рис. «Виды соединений»).

Простой угловой узел (тетрадная петля) приме­няется для крепления несущих стержней к распре­делительным стержням или монтажным стержням. Угловой узел с двойной вязальной проволокой при­меняется, когда стержни должны подтягиваться один к другому или при стержнях большого диамет­ра.

Двойной угловой узел — двойной тетрад­ный узел или крестовая петля подходит, как прави­ло, при тесном расположении арматуры или при арматуре большого диаметра. Двойной угловой узел с двойной вязальной проволокой отличается от двойного углового узла только тем, что вязальная проволока берется двойной.

Гачный узел (пет­ля вперед) преимущественно применяется при ар­мировании колонн или балок. При этом несущие стержни разводятся по углам хомутов; одновремен­но предотвращается сдвиг стержней. Двойной угловой узел отличается от гачного узла тем, что для него берется двойная вязальная проволока. Ра­стянутая петля (подвесная петля) препятствует сползанию стержней. Она применяется особенно в том случае, когда требуется обеспечить обязатель­ную несдвигаемость стержней.

Сварка арматурной стали на площадке — это еще один вид соединения стержней. С помощью сварки достигается особая неизменяемость формы арматурных каркасов. Чаще всего применяется огневая контактная сварка торцов (RA), металлогазосварка (MAG) и электродуговая ручная сварка (Е). Сварочные работы по сварке армату­ры могут производиться только специально обученным персоналом.

 

Установка арматуры

 

Армирование может производиться с помощью отдельных стержней или с помощью предварительно изготовленных арматурных элементов (каркасов), на­пример пространственных каркасов (коробов). Следует стремиться как можно большее количество арматуры объединять в такие каркасы и подготавливать их заранее. При этом пространственные каркасы для колонн или балок собираются в защищенном от непогоды месте. При изготовлении пространственных карка­сов количество точек связи зависит от жесткости арматуры. В основном стержни связываются между собой в каждом втором узле пересечения, причем следует сле­дить за тем, чтобы места связывания были смещены относительно друг друга. Для обеспечения защитного слоя бетона и положения арматуры в достаточном коли­честве должны применяться дистанционные прокладки, опорные элементы (под­держивающие каркасы стоячие хомуты) и крепления слоев (S-образные крюки, U-образные крюки).