Как выбрать и рассчитать арматуру для железобетонных конструкций
Эксперты Системы Строительство рассказали, какие есть виды арматуры, и рассмотрели, как работает арматура в конструкции. На примере вы узнаете этапы расчета и алгоритм подбора и сможете рассчитать арматуру для своего проекта.
Арматура принимает на себя растягивающие усилия и выступает в роли силового каркаса. Именно благодаря арматуре железобетон превращается в надежный композитный материал. Бетон самостоятельно эффективно работает лишь на сжатие. Под действием растяжения или изгиба он быстро покрывается трещинами и разрушается. Чтобы этого избежать, внутрь бетона закладывают стальные арматурные стержни. Разберем порядок действий при выборе арматуры в проект – от анализа нагрузок до рабочей документации.
Какая есть классификация и маркировка арматуры
Классификация арматуры представлена по двум основным нормативным документам.
ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия». В этом документе приведены марки стали, химический состав и параметры свариваемости. Базовый стандарт устанавливает:
ГОСТ Р 72221-2025 «Прокат арматурный класса А550 для железобетонных конструкций. Технические условия». Стандарт охватывает прокат класса А550 для ненапряженных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий, кроме мостов, дорожных труб и объектов атомной энергетики.
Класс арматуры. Класс арматуры обозначается буквой «А» и числом, которое соответствует нормативному пределу текучести в МПа, чем оно выше, тем прочнее сталь. Обозначение «А» – это ненапрягаемая арматура, «Ап» – напрягаемая арматура. Например, стержень с маркировкой А500С выдерживает 500 МПа до начала необратимого растяжения.
Дополнительные индексы раскрывают особые свойства:
Профиль арматуры. По типу профиля арматура делится на гладкую – класса А240 и периодического профиля четырех форм. В зависимости от сечения профиля, формы и расположения поперечных ребер – это стержни А400, А500, А600 и выше. Например, серповидный профиль предпочтительнее с точки зрения усталостной прочности и меньше ослабляет сечение стержня, а кольцевой – дает максимальное сцепление с бетоном, но создает концентраторы напряжений.
Композитная полимерная арматура (АКП). ГОСТ 31938-2022 описывает композитную арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных или комбинированных волокон. Ее преимущества:
Поэтому ее применяют для береговых укреплений, химических резервуаров, дорожных плит. Но есть минусы: низкий модуль упругости и большие прогибы, хрупкое разрушение без пластической стадии, потеря прочности при 300–400 °С. В несущих конструкциях жилых домов использовать АКП без дополнительных мер запрещено.
Елизавета Плужникова
Специалист по сопровождению и развитию проектов, геодезии, работе в ПТО и подготовке ПСД
Арматура принимает на себя растягивающие усилия и выступает в роли силового каркаса. Именно благодаря арматуре железобетон превращается в надежный композитный материал. Бетон самостоятельно эффективно работает лишь на сжатие. Под действием растяжения или изгиба он быстро покрывается трещинами и разрушается. Чтобы этого избежать, внутрь бетона закладывают стальные арматурные стержни. Разберем порядок действий при выборе арматуры в проект – от анализа нагрузок до рабочей документации.
Какая есть классификация и маркировка арматуры
Классификация арматуры представлена по двум основным нормативным документам.
ГОСТ 34028-2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия». В этом документе приведены марки стали, химический состав и параметры свариваемости. Базовый стандарт устанавливает:
- сортамент;
- механические свойства;
- правила приемки;
- методы контроля для проката классов А240, А400, А500, А600 (ненапрягаемый) и Ап600, А800, А1000 (преднапряженный).
ГОСТ Р 72221-2025 «Прокат арматурный класса А550 для железобетонных конструкций. Технические условия». Стандарт охватывает прокат класса А550 для ненапряженных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий, кроме мостов, дорожных труб и объектов атомной энергетики.
Класс арматуры. Класс арматуры обозначается буквой «А» и числом, которое соответствует нормативному пределу текучести в МПа, чем оно выше, тем прочнее сталь. Обозначение «А» – это ненапрягаемая арматура, «Ап» – напрягаемая арматура. Например, стержень с маркировкой А500С выдерживает 500 МПа до начала необратимого растяжения.
Дополнительные индексы раскрывают особые свойства:
- С – свариваемая, допускается дуговая сварка;
- К – повышенная коррозионная стойкость, легированная сталь;
- У – универсальная, сочетает свариваемость и хладостойкость;
- Е – высокая пластичность.
Профиль арматуры. По типу профиля арматура делится на гладкую – класса А240 и периодического профиля четырех форм. В зависимости от сечения профиля, формы и расположения поперечных ребер – это стержни А400, А500, А600 и выше. Например, серповидный профиль предпочтительнее с точки зрения усталостной прочности и меньше ослабляет сечение стержня, а кольцевой – дает максимальное сцепление с бетоном, но создает концентраторы напряжений.
Композитная полимерная арматура (АКП). ГОСТ 31938-2022 описывает композитную арматуру на основе стеклянных, базальтовых, углеродных или комбинированных волокон. Ее преимущества:
- полная коррозионная стойкость;
- диэлектрические свойства;
- легкость.
Поэтому ее применяют для береговых укреплений, химических резервуаров, дорожных плит. Но есть минусы: низкий модуль упругости и большие прогибы, хрупкое разрушение без пластической стадии, потеря прочности при 300–400 °С. В несущих конструкциях жилых домов использовать АКП без дополнительных мер запрещено.
Внимание
Отсутствие четкой маркировки – это повод усомниться в происхождении материала
В маркировке стержня, которую наносят прокаткой, кодируют класс стали и завод-изготовитель. Например, «А500С 12 ММК» означает арматуру класса А500С диаметром 12 мм производства Магнитогорского металлургического комбината.
Какие функции стержней в каркасе
В любом железобетонном элементе арматурные стержни функционально распределяются по ролям. Если ошибочно распределить эти роли, то это чревато двумя последствиями:
Рассмотрим функция и роли арматуры в таблице.
Функция и роли арматуры
В любом железобетонном элементе арматурные стержни функционально распределяются по ролям. Если ошибочно распределить эти роли, то это чревато двумя последствиями:
- неоправданным перерасходом дорогостоящей стали;
- недостаточным сцеплением арматуры с бетоном в наиболее нагруженных зонах.
Рассмотрим функция и роли арматуры в таблице.
Функция и роли арматуры
Как рассчитать арматуру для проекта
Расчет арматуры ведут по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» с использованием метода предельных состояний. Нужно проверить две группы:
Ниже рассмотрим пять последовательных этапов действий для расчета первой группы предельных состояний по несущей способности.
Этап 1. Сбор нагрузок
По СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» определяют нормативные значения нагрузок. Усилия в конструкции, которые вызывают эти нагрузки, бывают:
Этап 2. Формирование сочетаний нагрузок
Нагрузки редко действуют все сразу. Основное сочетание по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» выглядит так: все постоянные + одна длительная полностью с коэффициентом 1,0 + остальные длительные с коэффициентом 0,95 + первая по значимости кратковременная полностью + вторая с коэффициентом 0,9 + остальные с коэффициентом 0,7. Для особых сочетаний, например сейсмика, коэффициенты снижаются до 0,5 и 0,3.
Этап 3. Определение внутренних усилий
Зная расчетную нагрузку, находят изгибающие моменты (M) и поперечные силы (Q) в опасных сечениях. Для простых балок работают формулы строймеханики. Для сложных систем – плиты и оболочки – используют метод конечных элементов в программах SCAD, «Лира-САПР». Условие прочности – все возникающие усилия не должны превышать предельных возможностей сечения.
Этап 4. Расчет площади сечения арматуры
На этом этапе подбирают диаметр и количество стержней так, чтобы запас прочности был достаточным. Рассмотрим стандартный случай на примере железобетонного элемента прямоугольного сечения без предварительного напряжения арматуры. Используем для расчета:
Алгоритм расчета для продольной арматуры включает три шага.
Шаг 1. Вычисляют вспомогательный коэффициент αm
Расчет арматуры ведут по СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» с использованием метода предельных состояний. Нужно проверить две группы:
- Несущая способность.
- Деформации и трещины.
Ниже рассмотрим пять последовательных этапов действий для расчета первой группы предельных состояний по несущей способности.
Этап 1. Сбор нагрузок
По СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» определяют нормативные значения нагрузок. Усилия в конструкции, которые вызывают эти нагрузки, бывают:
- постоянными (Pd) – от собственного веса перекрытий, стен, стационарного оборудования, давления грунта, гидростатического давления;
- временными длительными (Pl) – от веса временных перегородок, складируемых материалов, пониженных полезных нагрузок и др.;
- кратковременными (Pt) – от полезной нагрузки, а именно людей, мебели, снега, ветра, гололеда;
- особыми (Ps) – от сейсмики, взрывов, ударных воздействий и др.
Этап 2. Формирование сочетаний нагрузок
Нагрузки редко действуют все сразу. Основное сочетание по СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» выглядит так: все постоянные + одна длительная полностью с коэффициентом 1,0 + остальные длительные с коэффициентом 0,95 + первая по значимости кратковременная полностью + вторая с коэффициентом 0,9 + остальные с коэффициентом 0,7. Для особых сочетаний, например сейсмика, коэффициенты снижаются до 0,5 и 0,3.
Этап 3. Определение внутренних усилий
Зная расчетную нагрузку, находят изгибающие моменты (M) и поперечные силы (Q) в опасных сечениях. Для простых балок работают формулы строймеханики. Для сложных систем – плиты и оболочки – используют метод конечных элементов в программах SCAD, «Лира-САПР». Условие прочности – все возникающие усилия не должны превышать предельных возможностей сечения.
Этап 4. Расчет площади сечения арматуры
На этом этапе подбирают диаметр и количество стержней так, чтобы запас прочности был достаточным. Рассмотрим стандартный случай на примере железобетонного элемента прямоугольного сечения без предварительного напряжения арматуры. Используем для расчета:
- СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры», который содержит рекомендации по расчету и проектированию ЖБК;
- Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101-2003).
Алгоритм расчета для продольной арматуры включает три шага.
Шаг 1. Вычисляют вспомогательный коэффициент αm
Шаг 2. Вычисляют площадь растянутой арматуры
Если αm < αR (αR по таблице 3.2 Пособия к СП52), то cжатая арматура не нужна и площадь растянутой арматуры находят по формуле:
Если αm < αR (αR по таблице 3.2 Пособия к СП52), то cжатая арматура не нужна и площадь растянутой арматуры находят по формуле:
Шаг 3. Вычисляют площадь сжатой арматуры
Если αm > αR, то варианта три:
При этом площадь сжатой арматуры Аs’ вычисляют так:
Если αm > αR, то варианта три:
- увеличить сечение;
- повысить класс бетона;
- установить сжатую арматуру.
При этом площадь сжатой арматуры Аs’ вычисляют так:
По полученной площади As из сортамента подбирают реальные стержни. Для балок в растянутой зоне должно быть минимум два стержня, для колонн – не менее четырех. Далее рассмотрим на примере, как рассчитать арматуру для ...
Информационный источник публикации Актион МЦФЭР
Источник изображения Magnific
