Конструктивні вимоги з армування балок і плит перекриття досить докладно викладені в діючих нормативних документах. Ось тільки розібратися в цих вимогах часом не просто, особливо людині, що займається розрахунком залізобетонної конструкції перший і можливо останній раз в житті.
поздовжнє армування
- в залізобетонних балках і плитах:
200 мм - при висоті поперечного перерізу, h ≤ 150 мм;
1,5h і 400 мм - при висоті поперечного перерізу h> 150 мм; "
Розуміти цей пункт слід так. Наприклад розраховується однопролетная плита перекриття висотою до 150 мм і за розрахунком для армування 1 м ширини такої плити потрібно 3.43 см 2 арматури. Згідно таблиці 170.2 для армування можна використовувати 1 стрижень діаметром 22 мм, 2 стрижня діаметром 16 мм, 3 стрижня діаметром 14 мм, 4 стержня діаметром 12 мм, 5 стрижнів діаметром 10 мм, 7 стрижнів діаметром 8 мм і т.д. Так ось, для армування такої плити слід приймати не менше 5 стрижнів діаметром 10 мм. Саме це і забезпечить більш рівномірний розподіл напружень і деформацій і більш ефективне залучення в роботу бетону. Тому як розрахункова схема і реальна робота конструкції - дві великі різниці і коли ми розглядаємо матеріал 1 м ширини залізобетонної плити, як володіє однаковими властивостями по всій ширині, ми робимо дуже велику допущення. А чим більш рівномірно по розглянутій ширині буде розподілена арматура, тим ближче буде розрахункова схема до реальної роботи конструкції.
"При армуванні нерозрізних плит звареними рулонними сітками допускається поблизу проміжних опор все нижні стержні переводити в верхню зону.
Нерозрізні плити товщиною не більше 80 мм допускається армувати одинарними плоскими сітками без відгинів. "
В даному випадку мова йде про плитах перекриття, які можуть розглядатися як багатопролітні балки (приклад розрахунку такого перекриття см. В статті "Розрахунок монолітного ребристого перекриття"). Відповідно в таких плитах виникає момент не тільки в прольоті, а й на проміжних опорах. І якщо підібрати арматуру таким чином, що вона буде сприймати моменти, що діють на проміжних опорах, то армування можна виконувати однією сіткою для верхньої і для нижньої зони перетину, виконуючи перехід з верхньої зони в нижню або навпаки в місцях, де розрахунковий момент, діючий на поперечний переріз плити, дорівнює нулю. Виглядає це приблизно так:
Малюнок 401.1. Варіанти армування монолітної нерозрізний плити б) звареними рулонними сітками з переходом в верхню зону перетину на проміжних опорах, в) звареними одинарними плоскими сітками г) окремими стрижнями (одиночної арматурою).
Ну а тепер настав час переходити до не менш важливого п. 8.3.7 (5.14 в Посібнику): "В балках і ребрах шириною більше 150 мм число поздовжніх робочих розтягнутих стрижнів в поперечному перерізі має бути не менше двох. При ширині елемента 150 мм і менше допускається встановлювати в поперечному перерізі один поздовжній стержень. "
Дана рекомендація заснована все на тому ж вимозі забезпечити ефективне залучення в роботу бетону, а також максимально можливий перерозподіл напружень і деформацій. Справа в тому, що в балках і ребрах монолітного ребристого перекриття завширшки> 150 мм може поміститися 2 стрижня арматури з урахуванням необхідної товщини захисного шару бетону і дотриманні мінімальної відстані між стрижнями при очікуваному максимальному розмірі великого наповнювача бетонної суміші і цим потрібно користуватися.
Згідно п. 8.3.8 (5.15): "В балках до опори слід доводити стрижні поздовжньої робочої арматури з площею перерізу не менше 1/2 площі перерізу стержнів в прольоті і не менше двох стержнів.
У плитах до опори слід доводити стрижні поздовжньої робочої арматури на 1 м ширини плити з площею перерізу не менше 1/3 площі перерізу стержнів на 1 м ширини плити в прольоті і не менше двох стержнів. "
Даний пункт оповідає нам про крайні опорах багатопролітних нерозрізних плит і балок або просто про опорах однопрогонових балок і плит. А також про те що навіть якщо вигинає момент в точках початку опори однопрогонових балок і плит, а також на крайніх опорах багатопролітних плит і балок дорівнює нулю, то все одно для належної анкерування арматуру слід передбачати до опори і навіть далі. Наскільки далі, на те є окремий пункт (5.35). Проте цей пункт не забороняє заводити за грань опори всю розрахункову арматуру, якщо це арматура періодичного профілю.
А в СНиП 2.03.01-84 подібний пункт ((5.20)) доповнений такою рекомендацією: "У плитах відстані між стрижнями, що заводяться за грань опори, не повинні перевищувати 400 мм, причому площа перетину цих стрижнів на 1 м ширини плити повинна становити не менше 1/3 площі перерізу стержнів в прольоті, визначеної розрахунком по найбільшому вигинає моменту. "
З чого випливає, що навіть якщо відстань між стрижнями поздовжньої арматури буде прийнято відповідно до зазначених вище рекомендацій, а саме не більше 200 мм, то все одно за грань опори доведеться заводити половину всіх поздовжніх стрижнів. І тільки якщо відстань між стрижнями поздовжньої арматури буде прийматися близько 130 мм, то можна заводити за грань опори третю частину стрижнів.
І тут виникає дуже важливе питання: а на скільки можна не доводити до межі опори поздовжні стрижні арматури в однопрогонових балках і плитах і на крайніх опорах багатопролітних балок і плит? На жаль жоден з перерахованих вище нормативних документів прямої відповіді на це питання не дає, а наводяться лише формули, та таблиці, в яких ми і спробуємо зараз розібратися.
Наприклад, все для тієї ж однопрогоновою плити, що розглядається як балка на шарнірних опорах довжиною l = 3 м, необхідну перетин становить 3.43 см 2. Однак арматура з таким перетином необхідна тільки посередині плити, де згинальний момент максимальний. На опорах, згідно прийнятій розрахунковій схемі момент дорівнює нулю і арматура ніби як взагалі не потрібно, однак з метою анкерування частина арматури все ж заводиться за грань опори. І хоча не існує прямої залежності між значенням згинального моменту і необхідної площею арматури ми все ж припустимо таку залежність, отримавши в результаті невеликий запас по міцності.
Отже, якщо планується не доводити до опор половину поздовжніх стрижнів, то цю половину слід доводити до точки, в якій відповідно до епюрі моментів значення згинального моменту буде в 2 рази менше, тобто М = ql 2/16 плюс відстань, необхідне для анкерування арматури в розтягнутому бетоні.
Відповідно до рівняння моментів:
Мx = qlx / 2 - qx 2/2 = ql 2/16
x = 0.146l або приблизно 438 мм (методи вирішення квадратних рівнянь тут не наводяться)
Для арматури періодичного профілю мінімально допустима довжина анкерування в розтягнутому бетоні становить відповідно до Таблиці 328.1 не менше 20d = 200 мм, не менше 250 мм, а також не менше (0.7 · 3600/117 + 11) 10 = 325 мм (пояснення до формули там же , де і таблиця). Таким чином обривається арматуру можна не доводити до граней опор на 438 - 325 = 113 мм.
Як бачимо, економія при обривання арматури в прольоті не те щоб божевільна і тому при виконанні 1-2 плит краще довести все поздовжні стрижні до опор. Так воно надійніше буде. Та й перерозподіл зусиль в плиті при цьому буде більш рівномірним.
Ну і ще одна вимога, що відноситься до балок, досить рідко зустрічається в малоповерховому будівництві, але тим не менше (п. 5.16): "В згинаються елементах при висоті перетину понад 700 мм у бічних граней повинні ставитися конструктивні поздовжні стрижні з відстанями між ними по висоті не більше 400 мм і площею перерізу не менше 0,1% площі перерізу бетону, що має розмір, рівний по висоті елемента відстані між цими стрижнями, по ширині - половині ширини ребра елемента, але не більше 200 мм. "
На перший погляд така вимога виглядає нелогічним - навіщо встановлювати арматуру приблизно посередині висоти перетину, тобто там, де розтягують або стискають напруги мінімальні або їх зовсім немає? Проте не можна забувати про те, що стрижні поперечної арматури можуть працювати на стиск, а значить чим менше їх розрахункова довжина, тим більше стійкість. Відповідно установка додаткових поздовжніх стрижнів, особливо при зварному каркасі, зменшує розрахункову довжину стрижнів поперечного армування як мінімум удвічі.
Примітка. вираз в даному пункті "має розмір, рівний по висоті елемента відстані між цими стрижнями, по ширині - половині ширини ребра елемента, але не більше 200 мм" для мене велика таємниця єсмь. Причому у СНіП цей пункт формулюється практично також. Припускаю, що це якось пов'язано з балками таврового перетину, але стверджувати не буду.
До речі, пора поговорити про поперечному армуванні.
поперечний армування
п.8.3.9: "Поперечну арматуру слід встановлювати виходячи з розрахунку на сприйняття зусиль, а також з метою обмеження розвитку тріщин, утримання поздовжніх стрижнів в проектному положенні і закріплення їх від бокового витріщення в будь-якому напрямку.
Поперечну арматуру встановлюють у всіх поверхонь залізобетонних елементів, поблизу яких ставиться поздовжня арматура. "
Суть цієї вимоги в тому, що поперечна арматура ніколи не завадить. І навіть якщо за розрахунком не потрібно, проте сприятиме більш рівномірному розподілу напружень в перетинах ж / б елемента.
Згідно п. 8.3.10 ". Діаметр поперечної арматури в в'язаних каркасах зігнутих елементів приймають не менше 6 мм.
У зварних каркасах діаметр поперечної арматури приймається не менше діаметра, що встановлюється з умови зварювання з найбільшим діаметром поздовжньої арматури. "
Згідно п. 8.3.11: "У залізобетонних елементах, в яких поперечна сила за розрахунком не може бути сприйнята лише бетоном, слід передбачати установку поперечної арматури з кроком не більше 0,5 h0 і не більше 300 мм.
У суцільних плитах, а також в часторебрістое плитах висотою менше 300 мм і в балках (ребрах) висотою менше 150 мм на ділянці елемента, де поперечна сила за розрахунком сприймається тільки бетоном, поперечну арматуру можна не встановлювати.
У балках і ребрах заввишки 150 мм і більше, а також в часторебрістое плитах висотою 300 мм і більше, на ділянках елемента, де поперечна сила за розрахунком сприймається тільки бетоном, слід передбачати установку поперечної арматури з кроком не більше 0,75 h0 і не більше 500 мм. "
Тут теж все більш-менш зрозуміло і як би уточнення п. 8.3.9.
А крім того з цього пункту випливає висновок, що навіть якщо в стислій зоні балки висотою понад 150 мм з розрахунку поздовжня арматура не потрібно, то по конструктивним вимогам її слід встановити. Інакше навіщо вгорі кріпити поперечну арматуру, щоб забезпечити утримання стрижнів в проектному положенні при бетонуванні і в процесі набору міцності бетону (маються на увазі зварні плоскі каркаси)? При цьому діаметр конструктивної поздовжньої арматури можна приймати в 1.5-2 рази менше, ніж розрахункової поздовжньої арматури.
А в Посібнику за цим слідує наступний пункт (5.22): "Відігнуті стрижні арматури повинні передбачатися в зігнутих елементах при армуванні їх в'язаними каркасами. Відгинаючи стрижнів повинні здійснюватися по дузі радіусом не менше 10d. В згинаються елементах на кінцях відігнутих стрижнів повинні влаштовуватися прямі ділянки довжиною Проте 0,8lan. прийнятої згідно з вказівками п.5.32, але не менше 20d в розтягнутій і 10d - в стислій зоні.
Прямі ділянки відігнутих гладких стрижнів повинні закінчуватися гаками.
Відстань від межі вільної опори до верхнього кінця першого отгиба (рахуючи від опори) має бути не більше 50 мм.
Кут нахилу відгинів до поздовжньої осі елемента слід приймати в межах 30 - 60 °, рекомендується приймати кут 45 °. "
Як виглядає такою відгин, можна подивитися всі на тому ж рис. 401.1 г). А ще сенс цього пункту в тому, що якщо ви робите в'язаний каркас, то обрив арматури, що не доводиться до межі опори, розраховувати зовсім не обов'язково. Досить виконати вимоги даного пункту. І крім того з цього пункту випливає, що в'язані каркаси для балок з 2 стержнями в нижній розтягнутій зоні небажані, надійніше робити для балок зварні каркаси.
Згідно п. 8.3.14: "В елементах, на які діють крутний момент, поперечна арматура (хомути) повинна утворювати замкнутий контур."
Як правило крутний момент можуть виникати в перемичках зовнішніх стін та інших балках, до яких навантаження прикладена не по центру ваги перерізу. А тому для таких елементів краще використовувати поперечну арматуру згідно з цим пунктом, навіть якщо розрахунок на дію крутять моментів не проводився.
8.3.15 Поперечну арматуру в плитах в зоні продавлювання в напрямку, перпендикулярному сторонам розрахункового контуру, встановлюють з кроком не більше 1/3 h0 і не більше 300 мм. Стрижні, найближчі до контуру вантажної площі, розташовують не ближче h0 / 3 і не далі h0 / 2 від цього контуру. При цьому ширина зони постановки поперечної арматури (від контуру вантажний площі) повинна бути не менше 1/5 h0.
Відстані між стрижнями поперечної арматури в напрямку, паралельному сторонам розрахункового контуру, приймають не більше 1/4 довжини відповідної сторони розрахункового контуру.
8.3.16 Розрахункову поперечну арматуру у вигляді сіток непрямого армування при місцевому стисненні (смятии) розташовують в межах розрахункової площі Ab, max (6.2.43). При розташуванні вантажний площі біля краю елемента сітки непрямого армування розташовують по площі з розмірами в кожному напрямку не менше суми двох взаємно перпендикулярних сторін вантажної площі (малюнок 6.11).
За глибиною сітки розташовують:
- при товщині елемента більш подвоєного більшого розміру вантажної площі - в межах подвоєного розміру вантажної площі;
- при товщині елемента менше подвоєного більшого розміру вантажної площі -; в межах товщини елемента.
8.3.17 Поперечна арматура, передбачена для сприйняття поперечних сил і моментів, що крутять, а також враховується при розрахунку на продавлювання, повинна мати надійну анкеровку по кінцях шляхом приварки або охоплення поздовжньої арматури, що забезпечує равнопрочность з'єднань і поперечної арматури.