Арматура (строительство)
Армату́ра — стальные стержни, проволока или сетка, применяемые для усиления бетонных и железобетонных конструкций. Основная функция — восприятие растягивающих усилий в железобетонных элементах. Обеспечивает прочность, жёсткость и трещиностойкость железобетонных конструкций. Применяется в строительстве зданий, мостов, тоннелей и других инженерных сооружений.
Общие характеристики[править]
Размеры арматуры[править]
Размеры арматуры определяются номинальным диаметром и длиной стержней. Номинальный диаметр — это условная величина, соответствующая площади поперечного сечения арматуры. Фактический диаметр может отличаться от номинального из-за наличия рифления на поверхности стержня.
Стандартные диаметры арматуры в миллиметрах: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40. Выбор конкретного диаметра зависит от проектных нагрузок и типа конструкции. Арматура малых диаметров (6–10 мм) часто используется для вязаных каркасов и сеток. Средние диаметры (12–25 мм) применяются в большинстве железобетонных конструкций. Крупные диаметры (28–40 мм) используются в массивных сооружениях, таких как мосты и плотины.
Длина арматурных стержней варьируется от 6 до 12 метров, что обусловлено технологическими возможностями производства и транспортировки. На строительной площадке стержни могут быть нарезаны до требуемой длины или соединены встык с помощью сварки или механических соединений.
Точность размеров арматуры регламентируется стандартами. Допустимые отклонения по диаметру составляют ±0,3–0,5 мм в зависимости от номинального размера. Отклонения по длине стержней не должны превышать ±25 мм для прутков длиной до 6 м и ±35 мм для более длинных.
Важным параметром является защитный слой бетона — расстояние от поверхности арматуры до ближайшей грани конструкции. Его величина зависит от диаметра арматуры и условий эксплуатации, обычно составляя 20–70 мм. Правильный выбор защитного слоя обеспечивает сохранность арматуры от коррозии и эффективную совместную работу с бетоном.
При проектировании учитывается также шаг арматуры — расстояние между осями параллельных стержней. Минимальный шаг определяется необходимостью качественного бетонирования и обычно принимается не менее диаметра арматуры или 25 мм [1].
Масса арматуры[править]
Масса арматуры — ключевой параметр при расчёте нагрузок на конструкции и планировании логистики. Измеряется в килограммах на погонный метр (кг/м). Значение массы зависит от номинального диаметра и плотности стали, которая принимается равной 7 850 кг/м³.
Стандартные значения погонной массы для распространённых диаметров:
- 6 мм: 0,222 кг/м.
- 8 мм: 0,395 кг/м.
- 10 мм: 0,617 кг/м.
- 12 мм: 0,888 кг/м.
- 14 мм: 1,208 кг/м.
- 16 мм: 1,578 кг/м.
- 20 мм: 2,466 кг/м.
- 25 мм: 3,853 кг/м.
- 32 мм: 6,313 кг/м.
Для расчёта общей массы арматуры в конструкции умножают погонную массу на суммарную длину стержней. При проектировании учитывают и массу вязальной проволоки, используемой для соединения стержней, которая составляет около 1–2 % от массы основной арматуры [1].
Знание массы арматуры необходимо для:
- Расчёта стоимости материалов.
- Определения грузоподъёмности транспорта и кранов.
- Оценки нагрузок на опалубку и временные конструкции.
- Планирования складских площадей на стройплощадке.
Виды арматуры[править]
По назначению[править]
Рабочая арматура воспринимает основные растягивающие усилия в железобетонных конструкциях. Её располагают в растянутой зоне элемента параллельно направлению действия усилий. Диаметр и количество стержней определяются расчётом.
Распределительная конструкция служит для равномерного распределения нагрузки между стержнями рабочей арматуры и ограничения ширины раскрытия трещин. Обычно имеет меньший диаметр и шаг, чем рабочая арматура.
Монтажная арматура обеспечивает проектное положение рабочих стержней при сборке каркасов и укладке бетонной смеси. Не учитывается в расчётах на прочность.
Конструктивная арматура применяется для обеспечения устойчивости сжатых элементов, восприятия усадочных деформаций и температурных напряжений. Её количество и расположение определяются конструктивными соображениями [2].
По ориентации в конструкции[править]
Продольная арматура располагается вдоль оси элемента и воспринимает основные усилия растяжения или сжатия. В балках и плитах она размещается в растянутой зоне, в колоннах — по всему сечению.
Поперечная арматура устанавливается перпендикулярно продольной и служит для восприятия поперечных сил, предотвращения продольного расслоения бетона и обеспечения совместной работы продольных стержней. В балках и колоннах выполняется в виде хомутов или спиралей.
Наклонная арматура применяется в зонах действия главных растягивающих напряжений, например, в приопорных участках балок. Устанавливается под углом 45° или 60° к продольной оси элемента [3].
По условиям применения[править]
Ненапрягаемая арматура устанавливается в конструкцию без предварительного натяжения. Работает совместно с бетоном после его затвердевания. Применяется в большинстве железобетонных конструкций.
Напрягаемая арматура подвергается предварительному растяжению до бетонирования или в процессе твердения бетона. Создаёт предварительное обжатие конструкции, повышая её трещиностойкость и жёсткость. Используется в предварительно напряжённых конструкциях.
Гибкая арматура представлена проволокой или канатами. Применяется для армирования тонкостенных конструкций, создания предварительного напряжения, а также в торкрет-бетоне.
Жёсткая — выполняется из прокатных профилей (уголков, двутавров). Используется в сжатых элементах и в местах концентрации напряжений [2].
Применение[править]
Арматура применяется во всех видах железобетонных конструкций, обеспечивая их прочность, жёсткость и трещиностойкость. Основные области применения:
- Фундаменты: арматурные сетки и каркасы в ленточных, плитных и свайных фундаментах повышают их несущую способность и распределяют нагрузки.
- Колонны и стены: вертикальная и поперечная арматура обеспечивает восприятие сжимающих и изгибающих усилий, предотвращает выпучивание.
- Балки и ригели: продольная арматура в растянутой зоне воспринимает изгибающие моменты, поперечная — срезающие усилия.
- Плиты перекрытий и покрытий: сетки арматуры обеспечивают работу плиты в двух направлениях, повышают жёсткость конструкции.
- Мостовые конструкции: высокопрочная напрягаемая арматура позволяет создавать большепролётные конструкции с высокой несущей способностью.
- Дорожное строительство: армирование бетонных покрытий сетками повышает их долговечность и трещиностойкость.
- Гидротехнические сооружения: специальные виды коррозионностойкой арматуры обеспечивают долговечность конструкций в агрессивной среде.
- Промышленные полы: фибровая арматура повышает износостойкость и ударную прочность бетонного покрытия.
- Сейсмостойкое строительство: специальные конструкции армирования узлов и элементов повышают способность зданий противостоять динамическим нагрузкам.
- Реконструкция и усиление: дополнительное армирование позволяет увеличить несущую способность существующих конструкций [4].
Сцепление арматуры с бетоном[править]
Сцепление арматуры с бетоном обеспечивает совместную работу этих материалов в железобетонных конструкциях. Механизм сцепления включает три компонента: адгезию, трение и механическое зацепление. Адгезия возникает благодаря химическому взаимодействию цементного камня с поверхностью арматуры. Трение проявляется при попытке выдёргивания стержня из бетона. Механическое зацепление обеспечивается выступами на поверхности арматуры периодического профиля.
Прочность сцепления зависит от:
- Профиля арматуры (периодический профиль увеличивает сцепление в 1,5–2 раза по сравнению с гладкой арматурой).
- Прочности бетона (повышение класса бетона увеличивает сцепление).
- Условий твердения бетона (влажное твердение улучшает сцепление).
- Положения арматуры при бетонировании (вертикальные стержни в нижней части конструкции имеют лучшее сцепление).
Для повышения сцепления применяют специальные конструктивные решения: анкеровку концов стержней, устройство крюков, приварку поперечных стержней [5].
Классификация арматуры[править]
Арматура классифицируется по следующим признакам:
- Способ изготовления: горячекатаная, термомеханически упрочнённая, холоднодеформированная.
- Профиль: гладкая, периодического профиля.
- Механические свойства: классы прочности от А240 до А1000.
- Назначение: рабочая, распределительная, монтажная, конструктивная.
- Условия работы: ненапрягаемая, напрягаемая.
- Свариваемость: свариваемая, ограниченно свариваемая, несвариваемая.
Выбор типа арматуры зависит от конструктивных требований и условий эксплуатации сооружения [2].
Арматура А–I (А240)[править]
Арматура класса А–I (А240) — горячекатаная гладкая арматурная сталь. Имеет предел текучести не менее 240 МПа. Изготавливается из углеродистой стали обыкновенного качества. Применяется для изготовления монтажных петель, хомутов и в качестве распределительной арматуры. Легко поддаётся гибке и сварке. Не рекомендуется для использования в качестве рабочей арматуры из-за низкого сцепления с бетоном [6].
Арматура АIII (А400)[править]
Арматура класса АIII (А400) — горячекатаная сталь периодического профиля с номинальным пределом текучести 400 МПа. Изготавливается из низколегированных сталей с добавлением марганца, кремния и других элементов. Диаметры производства: от 6 до 40 мм.
Химический состав стали для арматуры АIII (в %):
- Углерод: 0,14–0,22.
- Марганец: 0,9–1,7.
- Кремний: 0,5–0,8.
- Хром: до 0,3.
- Никель: до 0,3.
- Медь: до 0,3.
Механические свойства:
- Предел текучести: не менее 400 МПа.
- Временное сопротивление разрыву: не менее 600 МПа.
- Относительное удлинение: не менее 14 %.
Профиль арматуры АIII имеет два ряда поперечных выступов, расположенных под углом к оси стержня. Высота выступов составляет 0,065–0,1 от диаметра стержня, что обеспечивает хорошее сцепление с бетоном.
Арматура АIII широко применяется в железобетонных конструкциях различного назначения:
- Фундаменты зданий и сооружений.
- Колонны и балки каркасов.
- Плиты перекрытий и покрытий.
- Стеновые панели.
- Мостовые конструкции.
- Гидротехнические сооружения.
Технология сварки арматуры АIII:
- Контактная стыковая сварка.
- Ванная сварка в инвентарных формах.
- Дуговая сварка прихватками и накладками.
При проектировании учитывают, что арматура АIII имеет площадку текучести, что обеспечивает пластичность конструкций и возможность перераспределения усилий.
Особенности эксплуатации:
- Допускается применение в конструкциях, подвергающихся многократно повторяющимся нагрузкам.
- Ограничено использование при динамических и сейсмических воздействиях.
- Не рекомендуется для предварительно напряжённых конструкций из-за невысокой релаксационной стойкости.
Арматура АIII (А400) постепенно вытесняется более современными классами, такими как А500С, обладающими лучшим сочетанием прочностных и пластических свойств[6].
Арматура (А500)[править]
Арматура класса А500 — термомеханически упрочнённая сталь периодического профиля с пределом текучести 500 МПа. Производится из низкоуглеродистых сталей методом контролируемого охлаждения после горячей прокатки. Диаметры: от 6 до 40 мм.
Химический состав (в %):
- Углерод: до 0,22.
- Марганец: до 1,6.
- Кремний: до 0,8.
Механические свойства:
- Предел текучести: не менее 500 МПа.
- Временное сопротивление: не менее 600 МПа.
- Относительное удлинение: не менее 14 %.
Арматура А500 обладает повышенной прочностью, хорошей свариваемостью и пластичностью. Применяется в ненапрягаемых и предварительно напряжённых железобетонных конструкциях. Эффективна при использовании в сейсмостойком строительстве[7].
Арматура А500С[править]
Арматура А500С — термомеханически упрочнённая сталь периодического профиля с пределом текучести не менее 500 МПа. Разработана в 1990-х годах как альтернатива арматуре класса А–III (А400). Производится согласно ГОСТ Р 52544–2006[8].
Химический состав стали для арматуры А500С (в %):
- Углерод: не более 0,22.
- Марганец: не более 1,6.
- Кремний: не более 0,9.
- Сера: не более 0,05.
- Фосфор: не более 0,05.
Механические свойства:
- Предел текучести: 500–600 МПа
- Временное сопротивление: не менее 600 МПа.
- Относительное удлинение: не менее 14 %.
- Отношение временного сопротивления к пределу текучести: не менее 1,08
Технология производства включает контролируемое охлаждение после горячей прокатки, что позволяет получить мелкозернистую структуру стали без использования дорогостоящих легирующих элементов.
Преимущества арматуры А500С:
- Высокая прочность при сохранении пластичности.
- Отличная свариваемость благодаря низкому содержанию углерода.
- Экономичность за счёт снижения металлоёмкости конструкций.
- Возможность применения в сейсмоопасных районах.
Области применения:
- Монолитное и сборное железобетонное строительство.
- Мостостроение.
- Гидротехнические сооружения.
- Дорожное строительство.
- Промышленные и гражданские здания.
Арматура А500С производится диаметрами от 6 до 40 мм. Поставляется в стержнях длиной до 12 м или в мотках (для диаметров до 16 мм).
Особенности применения:
- Допускается к использованию во всех видах железобетонных конструкций без ограничений.
- Может применяться взамен арматуры класса А–III (А400) без изменения размеров сечений элементов.
- Требует соблюдения специальных технологических рекомендаций при сварке.
С 2006 года арматура А500С стала основным видом арматурной стали, применяемой в строительстве на территории России[9].
Арматура Ат800[править]
Арматура Ат800 — термомеханически упрочнённая сталь периодического профиля с пределом текучести не менее 800 МПа. Относится к высокопрочной арматуре.
Механические свойства:
- Предел текучести: 800–1000 МПа.
- Временное сопротивление: не менее 1000 МПа.
- Относительное удлинение: не менее 8 %.
Производится диаметрами от 10 до 32 мм. Изготавливается из низколегированных сталей методом термомеханического упрочнения с прерывистым охлаждением.
Применяется в предварительно напряжённых железобетонных конструкциях, в том числе в мостостроении и при возведении уникальных сооружений. Обладает высокой релаксационной стойкостью и сопротивлением усталости.
Требует специальных технологий сварки и соединения стержней[7].
Примечания[править]
- ↑ Перейти обратно: 1,0 1,1 Бондаренко В. М., Суворкин Д. Ш. Железобетонные и каменные конструкции, М.: Высшая школа, 1987. стр. 90-91.
- ↑ Перейти обратно: 2,0 2,1 2,2 Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-1. Общие правила и правила для зданий: ТКП EN 1992-1-1-2009* (02250). Еврокод 2 / М-во архитектуры и строительства Республики Беларусь. – Минск, 2015. – 205 с..
- ↑ Основы проектирования строительных конструкций: ТКП EN 1990-2011* (02250) Еврокод / М-во архитектуры и строительства Республики Беларусь. – Минск, 2015. – 86 с..
- ↑ Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов (к СНиП 2.03.01—84). Часть I. — М.: ЦИТП, 1986..
- ↑ СНиП 2.01.07— 85. Нагрузки и воздействия. Дополнение. Раздел 10. Прогибы и перемещения Госстрой СССР. — М.: ЦИТП, 1989..
- ↑ Перейти обратно: 6,0 6,1 Бородачев Н. А. Автоматизированное проектирование железобетонных и каменных конструкций: учеб. Пособие для вузов – М.: стройиздат, 1995.
- ↑ Перейти обратно: 7,0 7,1 Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. — М..: Стройиздат, 1985..
- ↑ ГОСТ Р 52544-2006 [docs.cntd.ru].
- ↑ Мадатян С.А.,«Новая горячекатаная свариваемая арматура класса А500С»// Бетон и железобетон. – 2001. – №1. – с.2-5 изд.5.