Процент армирования плиты перекрытия

Какой минимальный процент армирования железобетонных конструкций?

В строительной отрасли широко применяются конструкции из железобетона, надежность и долговечность которых обеспечивает металлический каркас.

Он способен воспринимать значительную нагрузку, если правильно подобрать сечение рифленого прута арматуры, а также выдержать расстояние между арматурой и поверхностью бетона в стенах, колоннах, фундаментах и балках.

Зная процент армирования, для вычисления которого выполняются специальные расчеты, несложно определить минимальное количество арматуры. Проектируя каркас, важно уметь определять армирующий показатель.

Формула процента армирования железобетонных конструкций – соотношение бетона

В процессе длительной эксплуатации строительные конструкции подвергаются воздействию сжимающих и изгибающих нагрузок, а также крутящих моментов.

Для усиления выносливости железобетона и расширения сферы его использования выполняется усиление бетона арматурой.

В зависимости от массы каркаса, диаметра прутков в поперечном сечении и пропорции бетона изменяется коэффициент армирования железобетонных конструкций.

Разберемся, как вычисляется данный показатель согласно требованиям стандарта.

Для того, чтобы армирование выполняло свое назначение, необходимо расчитать усиление бетона, соответствующий минимальному проценту

Процент армирования колонны, балки, фундаментной основы или капитальных стен определяется следующим образом:

• масса металлического каркаса делится на вес бетонного монолита;
• полученное в результате деления значение умножается на 100.

Коэффициент армирования бетона – важный показатель, применяемый при выполнении различных видов прочностных расчетов. Удельный вес арматуры изменяется:

• при увеличении слоя бетона показатель армирования снижается;
• при использовании арматуры большого диаметра коэффициент возрастает.

Для определения армирующего показателя на подготовительном этапе выполняются прочностные расчеты, разрабатывается документация и делается чертеж армирования. При этом учитывается толщина бетонного массива, конструкция металлического каркаса и размер сечения прутков.

Данная площадь определяет нагрузочную способность силовой решетки. При увеличении сортамента арматуры возрастает степень армирования и, соответственно, прочность бетонных конструкций.

Целесообразно отдать предпочтение стержням диаметром 12–14 мм, обладающим повышенным запасом прочности.

Показатель армирования имеет предельные значения:

• минимальное, составляющее 0,05%. При удельном весе арматуры ниже указанного значения эксплуатация бетонных конструкций не допускается;
• максимальное, равное 5%. Превышение указанного показателя ведет к ухудшению эксплуатационных показателей железобетонного массива.

Соблюдение требований строительных норм и стандартов по степени армирования гарантирует надежность конструкций из железобетона. Остановимся более детально на предельной величине армирующего процента.

Чтобы гарантировать надежность конструкций из железобетона, необходимо соблюдать требования строительных норм

Минимальный процент армирования в конструкциях из железобетона

Рассмотрим, что выражает минимальный процент армирования. Это предельно допустимое значение, ниже которого резко повышается вероятность разрушения строительных конструкций. При показателе ниже 0,05% изделия и конструкции нельзя называть железобетонными. Меньшее значение свидетельствует о локальном усилении бетона с помощью металлической арматуры.

В зависимости от особенностей приложения нагрузки минимальный показатель изменяется в следующих пределах:

• при величине коэффициента 0,05 конструкция способна воспринимать растяжение и сжатие при воздействии нагрузки за пределами рабочего сечения;
• минимальная степень армирования возрастает до 0,06% при воздействии нагрузок на слой бетона, расположенный между элементами арматурного каркаса;
• для строительных конструкций, подверженных внецентренному сжатию, минимальная концентрация стальной арматуры достигает 0,25%.

При выполнении усиления в продольной плоскости по контуру рабочего сечения коэффициент армирования вдвое превышает указанные значения.

Коэффициент армирования – предельное значение для монолитных фундаментов

Желая обеспечить повышенный запас прочности конструкций из железобетона, нецелесообразно превышать максимальный процент армирования.

Нецелесообразно превышать максимальный процент армирования, чтобы обеспечить повышенный запас прочности конструкций

Это приведет к негативным последствиям:

• ухудшению рабочих показателей конструкции;
• существенному увеличению веса изделий из железобетона.

Государственный стандарт регламентирует предельную величину уровня армирования, составляющую пять процентов. При изготовлении усиленных конструкций из бетона важно обеспечить проникновение бетона в глубь арматурного каркаса и не допустить появления воздушных полостей внутри бетона. Для армирования следует использовать горячекатаный пруток, обладающий повышенной прочностью.

Какова величина защитного слоя бетона

Для предотвращения коррозионного разрушения силового каркаса следует выдерживать фиксированное расстояние от стальной решетки до поверхности бетонного массива. Этот интервал называется защитным слоем.

Его величина для несущих стен и железобетонных панелей составляет:

• 1,5 см – для плит толщиной более 10 см;
• 1 см – при толщине бетонных стен менее 10 см.

Размер защитного слоя для ребер усиления и ригелей немного выше:

• 2 см – при толщине бетонного массива более 25 см;
• 1,5 см – при толщине бетона меньше указанного значения.

Важно соблюдать защитный слой для опорных колонн на уровне 2 см и выше, а также выдерживать фиксированный интервал от арматуры до поверхности бетона для фундаментных балок на уровне 3 см и более.

Величина защитного слоя различается для различных видов фундаментных оснований и составляет:

• 3 см – для сборных фундаментных конструкций из сборного железобетона;
• 3,5 см – для монолитных основ, выполненных без цементной подушки;
• 7 см – для цельных фундаментов, не имеющих демпфирующей подушки.

Строительные нормы и правила регламентируют величину защитного слоя для различных видов строительных конструкций.

Заключение

Усиление бетонных конструкций с помощью арматурных каркасов позволяет повысить их долговечность и увеличить прочностные свойства. На расчетном этапе важно правильно определить показатель армирования. При выполнении работ необходимо соблюдать требования строительных норм и правил, а также руководствоваться положениями действующих стандартов.

Источник: https://pobetony.expert/armirovanie/minimalnyj-procent-armirovaniya-zhelezobetonnyx-konstrukcij

Как определить минимальный процент армирования конструкции? Процент армирование фундамента

ФундаментПроцент армирование фундамента

статьи:

Армирование – это процедура, позволяющая увеличить общую прочность несущей конструкции. Армирование предусмотрено в большинстве конструкций фундаментов, но в каждом из видов фундамента оно выполняется согласно определенным требованиям. В зависимости от расположения прутов арматуры армирование бывает вертикальное и горизонтальное.

Способы размещения арматуры

Самым распространенным типом является горизонтальное размещение арматуры. Такой вид армирования нивелирует неравномерные нагрузки на фундамент, которые возникают из-за разной несущей способности участков грунта, на котором заложен фундамент, из-за вспучивания грунта и т. п.

Вертикальное армирование чаще всего делается в дополнение к горизонтальному. Такая мера необходима в том случае, когда фундамент подвержен действию сильных горизонтальных нагрузок.

Минимальный процент армирования

Многих интересует такой показатель, как минимальный процент армирования фундамента. Но строгих указаний по этому поводу нет. Количество арматуры можно использовать по своему усмотрению, можно еще обратить внимание и на то, сколько арматуры в кубе бетона должно быть.

Этот коэффициент невозможно рассчитать еще и потому, что играют роль множество факторов: и тип фундамента, и тип грунта, и количество этажей здания, и прочность материалов фундамента, и многое другое. Поэтому минимальный процент армирования фундамента в каждом отдельном случае будет отличаться.

В некоторых случаях армирование фундамента вообще не требуется, но такое бывает редко. Без армирования можно обойтись в том случае, когда нагрузка распределяется на фундамент равномерно и отсутствуют места локального перегруза.

Но такое бывает редко, поэтому практически всегда приходится проводить армирование. Пренебрежение этой процедурой приводит к проседанию здания, появлению трещин в стенах и прочим неприятным последствиям.

Диаметр арматуры

Диаметр прутьев арматуры должен составлять не менее 10-12 мм. Сечение арматуры определяется при расчете нагрузки на фундамент. Установка прутьев арматуры  и расчет, схема армирования должна производиться таким образом, чтобы расстояние между ними было равно 30 см, а расстояние до внутренней стороны фундамента – не меньше 5 см.

Ниже приведено видео с армированием ленточного фундамента.

dom-fundament.ru

Как определить минимальный процент армирования конструкции?

Нормы дают нам ограничение в армировании любых конструкций в виде минимального процента армирования – даже если по расчету у нас вышла очень маленькая площадь арматуры, мы должны сравнить ее с минимальным процентом армирования и установить арматуру, площадь которой не меньше того самого минимального процента армирования.

Где мы берем процент армирования? В «Руководстве по конструированию железобетонных конструкций», например, есть таблица 16, в которой приведены данные для всех типов элементов.

Но вот есть у нас на руках цифра 0,05%, а как же найти искомое минимальное армирование?

Во-первых, нужно понимать, что ищем мы обычно не площадь всей арматуры, попадающей в сечение, а именно площадь продольной рабочей арматуры. Иногда эта площадь расположена у одной грани плиты (в таблице она обозначена как А – площадь у растянутой грани, и А' – площадь у сжатой грани), а иногда это вся площадь элемента. Каждый случай нужно рассматривать отдельно.

На примерах, думаю, будет нагляднее.

Пример 1. Дана монолитная плита перекрытия толщиной 200 мм (рабочая высота сечения плиты h₀ до искомой арматуры 175 мм). Определить минимальное количество арматуры у нижней грани плиты.

1) Найдем площадь сечения бетона 1 погонного метра плиты:

1∙0,175 = 0,175 м² = 1750 см²

2) Найдем в таблице 16 руководства минимальный процент армирования для плиты (изгибаемого элемента):

0,05%

3) Составим известную со школы пропорцию:

1750 см² — 100%

Х – 0,05%

4) Из пропорции найдем искомую минимальную площадь арматуры:

Х = 0,05∙1750/100 = 0,88 см²

5) По сортаменту арматуры находим, что данная площадь соответствует 5 стержням диаметром 5 мм. То есть меньше этого мы устанавливать не имеем права.

Обратите внимание! Мы определяем площадь арматуры у одной грани плиты (а не площадь арматуры всего сечения плиты), именно она соответствует минимальному проценту армирования.

Пример 2. Дана плита перекрытия шириной 1,2 м, толщиной 220 мм (рабочая высота сечения плиты h₀ до искомой арматуры 200 мм), с круглыми пустотами диаметром 0,15м в количестве 5 шт. Определить минимальное количество арматуры в верхней зоне плиты.

Заглянув в примечание к таблице, мы увидим, что в случае с двутавровым сечением (а при расчете пустотных плит мы имеем дело с приведенным двутавровым сечением), мы должны определять площадь плиты так, как описано в п. 1:

1) Найдем ширину ребра приведенного двутаврового сечения плиты:

1,2 – 0,15∙5 = 0,45 м

2) Найдем площадь сечения плиты, требуемую условиями расчета:

0,45∙0,2 = 0,09 м² = 900 см²

3) Найдем в таблице 16 руководства минимальный процент армирования для плиты (изгибаемого элемента):

0,05%

4) Составим пропорцию:

900 см² — 100%

Х – 0,05%

5) Из пропорции найдем искомую минимальную площадь арматуры:

Х = 0,05∙900/100 = 0,45 см²

6) По сортаменту арматуры находим, что данная площадь соответствует 7 стержням диаметром 3 мм. То есть меньше этого мы устанавливать не имеем права.

И снова обратите внимание! Мы определяем площадь арматуры у одной грани плиты (а не площадь арматуры всего сечения плиты), именно она соответствует минимальному проценту армирования.

Пример 3. Дан  железобетонный фундамент под оборудование сечением 1500х1500 мм, армированная равномерно по всему периметру. Расчетная высота фундамента равна 4 м. Определить минимальный процент армирования.

1) Найдем площадь сечения фундамента:

1,5∙1,5 = 2,25 м² = 22500 см²

2) Найдем в таблице 16 руководства минимальный процент армирования для фундамента, предварительно определив l₀/h = 4/0.9 = 4,4 < 17:

0,05%

3) Из пункта 2 примечаний к таблице 16 (см. рисунок выше) определим, что мы должны удвоить процент армирования, чтобы найти минимальную площадь арматуры всего сечения фундамента (а не у одной его грани!), т.е. минимальный процент армирования у нас будет равен:

2∙0,05% = 0,1%

4) Составим пропорцию:

22500 см² — 100%

Х – 0,1%

4) Из пропорции найдем искомую минимальную площадь арматуры:

Х = 0,1∙22500/100 = 22,5 см²

5) Принимаем шаг арматуры фундамента 200 мм, значит по периметру мы должны установить 28 стержней, а площадь одного стержня должна быть не меньше 22,5/28 = 0,8 см²

6) По сортаменту арматуры находим, что мы должны принять диаметр арматуры 12 мм. То есть меньше этого мы устанавливать не имеем права.

И снова обратите внимание! В данном примере мы определяем площадь арматуры не у одной грани фундамента, а сразу для всего фундамента, т.к. он заармирован равномерно по всему периметру.

Пример 4. Дана  железобетонная колонна сечением 500х1600 (рабочая высота сечения колонны в коротком направлении h₀= 460 мм). Расчетная высота колонны равна 8 м. Определить минимальный процент армирования у длинных граней колонны.

1) Найдем площадь сечения колонны:

0,46∙1,6 = 0,736 м² = 7360 см²

2) Найдем в таблице 16 руководства минимальный процент армирования для колонны (внецентренно-сжатого элемента с l₀/h = 10/0.5 = 20):

0,1%

3) Составим известную со школы пропорцию:

7360 см² — 100%

Х – 0,1%

4) Из пропорции найдем искомую минимальную площадь арматуры:

Х = 0,1∙7360/100 = 7,36 см²

5) Из руководства по проектированию находим, что максимальное расстояние между продольной арматурой в колонне не должно превышать 400 мм. Значит, у каждой грани мы можем установить по 4 стержня (между угловой арматурой колонны, которая является рабочей, и ее площадь определялась расчетом), площадь каждого из стержней равна 7,36/4 = 1,84 см²

6) По сортаменту находим, что у каждой грани нам нужно установить 4 стержня диаметром 16 мм.

Обратите внимание! Мы определяем площадь арматуры у каждой из двух граней колонны, именно она соответствует минимальному проценту армирования в данном случае.

Пример 5. Дана стена и толщиной 200 мм (рабочая высота сечения плиты h₀ до искомой арматуры 175 мм), рабочая высота стены l₀ = 5 м. Определить минимальное количество арматуры у обеих граней стены.

1) Найдем площадь сечения бетона 1 погонного метра стены:

1∙0,175 = 0,175 м² = 1750 см²

2) Найдем в таблице 16 руководства минимальный процент армирования для стены, предварительно определив l₀/h = 5/0.9 = 5,5 < 17:

0,05%

3) Составим пропорцию:

1750 см² — 100%

Х – 0,05%

4) Из пропорции найдем искомую минимальную площадь арматуры:

Х = 0,05∙1750/100 = 0,88 см²

5) По сортаменту арматуры находим, что данная площадь соответствует 5 стержням диаметром 5 мм, которые нужно установить у каждой грани на каждом погонном метре стены.

Источник: http://readmehouse.ru/fundament/procent-armirovanie-fundamenta.html

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.

Требования к поверхности арматуры

Источник: https://www.project-house.by/rules-reinforcement

Процент армирования конструкций из железобетона

Арматурный каркас является необходимой частью в железобетонных конструкциях. Цель его использования — усиление и повышение прочности бетонных изделий. Арматурный каркас изготавливается из стальных прутьев или готовой металлической сетки. Необходимое количество усиления рассчитывается с учетом возможных нагрузок и воздействий на изделие.

Расчетная арматура называется рабочей. При укреплении в конструктивных или технологических целях производится монтажное армирование. Чаще используются оба типа для обеспечения более равномерного распределения усилий между отдельными элементами арматурного каркаса. Арматура выдерживает нагрузку от усадки, колебаний температур и прочих воздействий.

Армирование бетона

Прочность на излом, повышенная надежность являются основными характеристиками, которым наделяется железобетонная конструкция при армировании. Стальной каркас многократно усиливает выносливость материала, расширяя область его применения. Горячекатаная сталь используется для армирования в железобетоне. Она наделена максимальной стойкостью к негативным воздействиям и коррозии.

Сваренный скелет из арматуры размещается внутри бетона. Однако недостаточно просто поместить его туда. Чтобы армирование выполняло свое назначение, требуются специальный расчет усиления бетона, соответствующий минимальному и максимальному проценту.

Минимальный армирующий процент

Расчетная схема нормального сечения железобетонного элемента с внешним армированием.

Под предельно минимальным армирующим процентом принято понимать степень преобразования бетона в железобетон.

Недостаточная величина этого параметра не дает права считать изделие усиленным до ЖБИ. Это будет простым упрочнением конструкционного типа.

 Площади сечения бетонного изделия учитываются в минимальном проценте усиления при использовании продольного армирования в обязательном порядке:

1. Усиление прутьями будет соответствовать 0,05 процентам от площади разреза изделия из бетона. Это актуально для объектов с внецентренно изгибаемыми и растянутыми нагрузками, когда оказывается продольное давление за пределами действительной высоты.
2. Армирование прутьями равно не менее 0,06 процентам, когда давление во внецентренно растянутых изделиях осуществляется на пространство между армирующими прутьями.
3. Упрочнение будет составлять 0,1—0,25 процента, если железобетонные материалы усиливаются во внецентренно сжатых частях, то есть между арматурами.

При расположении продольного усиления по периметру сечения, то есть равномерно, степень армирования должна равняться величинам, вдвое большим указанных для всех перечисленных выше случаев. Это правило аналогично и для усиления центрально-растянутых изделий.

Максимальный армирующий процент

При армировании нельзя укреплять бетонную конструкцию слишком большим количеством прутьев. Это приведет к существенному ухудшению технических показателей железобетонного материала.ГОСТ предлагает определенные нормативы максимального процента армирования.

Максимально допустимая величина усиления, вне зависимости от марки бетона и типа арматуры, не должна превышать пяти процентов. Речь идет о расположении в разрез сечения изделия с колоннами. Для других изделий допускается максимально четыре процента. При заливке арматурного каркаса, бетонный раствор должен проходить сквозь каждый отдельный конструкционный элемент.

Защитный слой бетона

Армирование элементов монолитных железобетонных зданий.

Для защиты арматуры от коррозии, влаги и прочих неблагоприятных внешний воздействий, бетон должен полностью покрывать стальной каркас.

 Толщина бетонного пласта над металлическим скелетом в монолитных стенах более 10 см должна составлять максимально 1,5 см. Для плит толщиной до 10 см величина слоя составляет 1 см. Если речь идет о 25-сантиметровых ребрах, слой бетона должен достигать 2 см.

При армировании балок до 25 см пласт цементного раствора равен 1,5 см, но для балок в фундаментах — 3 см. Для колонн стандартных размеров следует заливать бетон слоем более 2 см.

Что касается фундаментов, то для монолитных конструкций с прослойкой из цемента требуемая толщина слоя над арматурным каркасом составляет 3,5 см. При обустройстве сборных основ — 3 см.

Монолитные базы без подушки требуют 7-сантиметровый слой бетона над скелетом из арматуры. При использовании толстых защитных слоев бетона рекомендуется проводить дополнительное усиление.

Для этого используется стальная проволока, вязанная в виде сетки.

При дальнейшей обработке железобетонных конструкций алмазными кругами важно учитывать расположение каждого армирующего элемента и структуру его скелета. Это особенно касается процессов сверления отверстий в железобетоне и его резки. Такая обработка материалов может снизить потенциальную прочность изделия. Когда железобетон демонтируется полностью, учет перечисленных выше требований не производится.

Определение эффективных параметров армирования железобетонных конструкций

Леонид Скорук
К.т.н., доцент, старший научный сотрудник НП ООО «СКАД Софт» (г. Киев).

В настоящее время монолитный железобетон (обеспечивающий произвольную форму изделий, свободу планировочных решений и многое другое) получил большее распространение и применение по сравнению со сборным железобетоном (ограниченная номенклатура сборных изделий и пролет).

В то же время сборные изделия прошли проверку временем по надежности и долговечности, а их армирование является оптимальным с точки зрения некоего условного соотношения «материал/стоимость конструкции».

В монолитных же конструкциях величина арматуры в большинстве случаев является переменной и зависит от многих исходных факторов: геологии, типа фундамента, нагрузки, геометрии здания и т.д.

Это нужно понимать при проектировании монолитных конструкций и не идти на поводу у заказчиков, далеких от инженерного дела и желающих в первую очередь оптимизировать свои расходы на строительство.

Как известно, чтобы обеспечить необходимую прочность и устойчивость здания или сооружения, следует провести соответствующие расчеты и подобрать необходимое количество арматуры для восприятия действующих нагрузок. При этом в конструкциях должны быть соблюдены требования как по 1­й (прочность, устойчивость), так и по 2­й группе (прогибы, ширина раскрытия трещин) предельных состояний.

В практике проектирования сформировался определенный условный параметр, по которому можно оценить затраты металла в конструкции: содержание арматуры в бетоне (как правило, берут вес всей арматуры в конструкции — продольной и поперечной — и делят на объем ее бетона, получая параметр в килограммах на кубический метр (кг/м3)).

При этом в действующих строительных нормах [1­3] такой параметр напрочь отсутствует и никоим образом не регламентируется.

В нормативах указывается только необходимость обеспечить в сечении элемента минимальный процент арматуры от площади бетона (min 0,05­0,25%) и опосредованно рекомендован оптимальный процент армирования в конструкциях на уровне примерно 3% (это опять же отклик оптимизации для сборных конструкций).

До какой­то степени величина содержания арматуры в конструкциях отражена в некоторых сметных нормативах [4, 5]. Там величина арматуры в бетоне находится в пределах 190­200 кг/м3 — опять же без привязки к различным изменчивым исходным данным.

Для оценки величины содержания арматуры в бетоне монолитных конструкций проведем небольшой численный эксперимент.

Возьмем для примера фрагмент плиты размерами в плане 1,0×1,0 м с двумя арматурными сетками у каждой грани, имеющими шаг стержней 100×100 мм, и проследим изменение содержания арматуры в бетоне в зависимости от изменения некоторых исходных параметров: толщины плиты и диаметра арматуры (рис. 1).

Рис. 1. арматуры в бетоне (кг/м3) для монолитного фрагмента площадью 1 м2 при различных исходных данных: а — при разных диаметрах арматуры; б — при разных толщинах плит

Рис. 2. Интерфейс программы SCAD++. Постпроцессор «Железобетон», режим «Экспертиза железобетона»

Как видно из приведенных данных, даже при «идеальных» условиях проектирования (отсутствие поперечной арматуры, дополнительного армирования, различных элементов локального усиления и т.п.

) величина содержания арматуры, например, для элемента толщиной 200 мм с размещенной в нем арматурой из двух сеток диаметром 10 мм составляет 123,2 кг/м3.

При наличии же различных дополнительных факторов суммарное содержание арматуры в бетоне будет резко расти.

Таблица 1. Факторы, которые влияют на расход бетона и арматуры

Фактор	Следствие
Инженерно­геологические условия строительной площадки	Тип фундамента (свайный, плитный, ленточный)
Шаг сетки несущих вертикальных элементов	Пролет плит, их толщина (жесткость)
Размеры сечения колонн/пилонов/стен	Удельный вес арматуры в бетоне
Класс бетона и арматуры	Расход арматуры в сечении

Довольно трудоемкую и рутинную работу по определению содержания арматуры в бетоне для некоторых отдельных элементов и всего сооружения в целом на начальном этапе проектирования (еще до начала разработки чертежей стадии КЖ/КЖИ) с довольно высокой точностью можно выполнить в программе SCAD++.

В режиме «Экспертиза железобетона» постпроцессора «Железобетон», используя операцию Вес заданной арматуры (рис.

2), можно в реальном времени не только определить расход арматуры, но заодно (что очень важно) и проверить, насколько заданная арматура удовлетворяет необходимым критериям прочности конструкции согласно выбранным нормам проектирования.

При этом нужно помнить, что программа считает расход:

• арматуры без учета ее нахлеста и загибов, которые могут добавлять в реальный расход арматуры около 15­20%;
• бетона с учетом пересечения элементов, поскольку стыковка элементов происходит по оси стержневых и срединной плоскости плитных элементов (увеличение около 5­10%).

Суммарный расход арматуры и бетона в любом здании зависит от многих факторов, которые можно в некоторой степени скорректировать на начальной стадии расчета и проектирования. Основные факторы, которые влияют на расход бетона и арматуры в конструкциях и зданиях, приведены в табл. 1.

Таблица 2. арматуры в бетоне для разных типов зданий

Тип здания	Элемент здания	Расход, кг/м3
а) 22­этажное здание на сваях (шаг колонн/пилонов 6,0 м)	Сваи	64
Фундаментная плита	392
Вертикальные несущие элементы	263
Плиты перекрытия	193
Всего по зданию	212
б) 10­этажное здание на сваях (шаг пилонов 3,4­3,6 м)	Сваи	70
Фундаментная плита	223
Вертикальные несущие элементы	148
Плиты перекрытия	129
Всего по зданию	148
в) 8­, 9­этажное здание на плите (шаг пилонов 4,5­4,8 м)	Фундаментная плита	238
Вертикальные несущие элементы	126
Плиты перекрытия	150
Всего по зданию	175
г) 2­этажное здание на сваях (шаг колонн/стен 4,5­8,0 м)	Сваи	83
Фундаментная плита	179
Вертикальные несущие элементы	118
Плиты перекрытия	170
Всего по зданию	147

В табл. 2 на различных типах реальных зданий и сооружений показано, насколько изменчивой может быть величина содержания арматуры в бетоне и как она зависит от различных исходных данных — типа фундамента, шага несущих вертикальных элементов, толщины элементов, этажности здания, величины нагрузки и т.д.

Более точно содержание арматуры в бетоне можно определить по формуле:

, где  

Са — содержание арматуры в бетоне для всего здания, кг/м3;

Сэ — содержание арматуры в бетоне для отдельных конструктивных элементов (фундаментная плита, плиты перекрытия и т.д.), кг/м3;

Υ э — удельный вес бетона отдельных конструктивных элементов в общем объеме бетона здания, %;

n — общее количество конструктивных элементов здания.

Выводы

Всё вышесказанное дает основания утверждать, что содержание арматуры в бетоне (кг/м3)
для монолитных конструкций не является величиной постоянной и в большой степени зависит от меняющихся выходных данных — типа фундамента, шага несущих вертикальных элементов, толщины элементов, этажности здания, величины нагрузки и многих других факторов.

Величина содержания арматуры в бетоне конструкций является сугубо индивидуальной характеристикой каждой конкретной конструкции и должна базироваться на соответствующих прочностных расчетах, быть следствием этих расчетов, а также отвечать конструктивным требованиям, предъявляемым к данному типу конструкции.

С помощью новых функций, реализованных в 21­й версии программы SCAD++, появилась возможность на начальном этапе проектирования (стадия расчетной схемы) оперативно получить данные о расходе бетона и арматуры как для отдельного элемента, так и для всего здания в целом.

На основании полученных данных проектировщик при необходимости принимает решение об изменении конструктивной схемы здания и оценивает, насколько эти изменения влияют на содержание арматуры в бетоне.

В предыдущих версиях ПК SCAD такая задача тоже решалась, но гораздо более трудоемко, и при этом она требовала от проектировщика очень много времени на выполнение большого количества рутинных операций.

Литература:

1. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (Актуализированная редакция СНиП 52­01­2003).
2. СП 52­101­2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры.
3. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций и тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52­101­2003).
4. ГЭСН 81­02­06­2001.
5. ФЕР 06­01­001­17. 

Источник: https://sapr.ru/article/25474