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.
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.
Расчет процента армирования плиты перекрытия
Исходя из количества пролетов и характера крепления, балки и перекрытия из железобетона бывают: однопролетные и многопролетные, а также свободно лежащие, защемленные (как на одной, так и на нескольких опорах), консольные и неразрезные.
Профили и размеры
Лучшим вариантом для плит перекрытия является монолитная плита.
Такие перекрытия применяют отдельно или комплексно: в конструкции самого перекрытия или для фундамента. Перпендикулярный профиль монолитных железобетонных балок в основном имеет прямоугольную или тавровую форму. Существуют и другие виды, например, двутавровая, коробчатая, трапециевидная и др., но их не применяют, так как при выполнении армирования таких железобетонных балок сталкиваются как с техническими, так и с технологическими трудностями.
Расчет поперечного сечения перекладины (ее ширина) производится с учетом того обстоятельства, что она должна равняться 1/2-1/3 высоты самого профиля. А если быть более конкретными, то она должна составлять 10, 12, 15, 20, 22, 25 см и выше (все величины должны быть кратными 5). В том случае если конструкция тонкостенная, тогда толщина балки (ее ребра) составляет 1/5 от высоты сечения.
Перекладины, плиты и перекрытия из монолитного железобетона армируют вязаной и сварной арматурой, при этом используя как продольный, так и поперечный каркас. Для вязаных каркасов можно использовать и отогнутую арматуру. При этом если продольный каркас в балках имеет доведение до опоры не меньше двух стержней, то ее диаметр должен быть 10 мм и выше.
Если перекрытия часторебристые, тогда применяют рабочий каркас 8 мм, причем один стержень доводят до опоры.
Когда возводят вязаный каркас, а высота балок при этом составляет 40 см, тогда вместо ненапрягаемой арматуры используют 12 мм стержни. Если хотят сконструировать продольную арматуру, применяют стержни меньшего диаметра.
Кильсон и перемычки
Схема монтажа плиты перекрытия.
Когда кильсон изготовлен из легкого бетона, а каркас с запасом прочности 500 МПа, тогда можно произвести расчет диаметра стержня для продольной арматуры, величина которого составит от 16-32 мм, что зависит от использованного класса бетона. В случае если для изготовления кильсона используют ячеистый бетон (класс В10 и ниже), тогда, произведя расчет диаметра продольной арматуры, можно выяснить, что его величина должна составить до 1,6 см.
Учтите, что для перемычек используют стержни двух диаметров, при этом не учитываются конструктивные балки и плиты перекрытия. В первом ряду, при вязаном каркасе и в углах перпендикулярного профиля, а также в тех местах, где происходит перегиб хомутов, размещают арматуру большего диаметра.
Основа продольного каркаса (ненапрягаемого) располагается по сечению перекладины равномерно в три ряда. В последнем (третьем) ряду должно располагаться два и более стержня. В последующем ряду стержни нельзя располагать в просветах. При этом расстояние между отдельными стержнями арматуры не должно быть меньше большего диаметра стержня, а также меньше 2,5 см (нижняя арматура) и 3 см (верхняя).
В плитах нижнюю арматуру необходимо распределить и разместить равномерно (произведя соответствующий расчет), но для этого понадобится уложить больше двух рядов, при этом ее высота должна составить около 5 см. Если места мало, тогда в плитах разрешается размещать стержни попарно, без зазоров. Между стержнями периодического сечения расстояние равно номинальному диаметру, при этом не учитывают ребра и выступы.
Непосредственные расчеты
Схема анкеровки плиты перекрытия.
Если нижний каркас должен доходить до последних перекладин, то его заводят за опору на длину базовой анкеровки, расчет которой производят по формуле:
lo, an = Rsp Asp/(Rbond us), где
Rsp – рассчитываемое сопротивление долевого сечения арматуры растяжению;
Asp – номинальная площадь арматуры (установленной);
Rbond – сопротивление сцепления каркаса и бетона;
Us – периметр по профилю арматуры (по номинальному диаметру).
После того как производят расчет анкеровки, необходимо разобраться, какие хомуты и стержни употребить и как их разместить.
Например, некоторые стержни, которые необходимо довести до опоры, обрывают в пролете, а стержни вязаной арматуры иногда отгибаются, причем тогда, когда их количество больше двух и если они двухсрезные. А когда это четырехсрезные хомуты, их число не должно превышать четырех и их тоже можно отгибать на опоры и на плиты.
Монолитные плиты перекрытия частично или полностью опираются по контуру (периметру), а иногда свободно опираются или имеют защемления на опорах. В конструкциях чаще всего используют консольные перекрытия, которые опираются на одну кромку, или такие плиты, которые опираются на углы (безбалочное перекрытие). Какие из них употребить, зависит от расчета, который производится довольно легко. Для него понадобится:
- Лист;
- Карандаш;
- Линейка;
- Калькулятор;
- Знание необходимых формул.
Плиты, как и балки, могут быть однопролетные – разрезные (шарнирные и с нешарнирным опиранием), неразрезные – консольные (многопролетные).
Действующие усилия
Схема преднапряженных плит.
Если в одном направлении на плиты и перекрытия действуют определенные усилия, которые малы по сравнению с усилиями, идущими с другого направления, тогда в конструкции используют балочные плиты. К таким плитам можно отнести: прямоугольные, плоские плиты (равномерно нагруженные), которые опираются на противоположные опоры, и те плиты, которые опираются по всему периметру или защемлены с трех-четырех сторон, а соотношение пролетов при этом больше граничного значения. Его определение в документах обозначается цифрами 2 или 3.
К плитам, работающим в обоих направлениях, относятся непрямоугольные плиты (круглые, кольцевидные и др.) и плиты для безбалочного перекрытия, которые опираются на обычные колонны и с капителями. Если пролет – 6-8 м, тогда монолитные перекрытия выполняют плоскими, при большем проеме – с капителями или межколонными перекладинами или стенами, как ребристыми, так и пустотными. Для пролета в 12-15 м используют ребристые, кессонные и пустотные перекрытия (монолитные), которые опираются на стены или перекладины с четырех сторон.
Армирование монолитной железобетонной плиты происходит вязаной арматурой и сварной сеткой (стандартной). Для того чтобы все это правильно сконструировать, необходимо произвести расчет. Процент армирования необходим для вычисления процента армирования поперечного профиля всей конструкции продольными стержнями арматуры.
Его можно рассчитать по формуле:
Процент армирования равен площади бетонного сечения, помноженного на 100% и разделенного на площадь поперечного профиля стержня.
Распространенными видами бетонного сечения являются геометрические фигуры и формы: прямоугольник, круг, сечение с отверстием и площадь, которая выделяется из фрагмента монолитного перекрытия.
Схема плиты перекрытия.
Расчет прямоугольной площади сечения армирования происходит по двум противоположным точкам (по диагонали). Расчет площади сечения армирования по контуру производят, выбрав определяемую площадь по контуру, и строят последовательно по угловым точкам. Расчет площади сечения армирования непосредственно по объекту производится, выбрав ограниченный замкнутый объект (круг, прямоугольник, эллипс и др.). Если производят расчет площади армирования формы с отверстием, тогда расчет производят в два этапа: с использованием армирования внутреннего и внешнего контура, которые строят по угловым точкам.
Допустим, нужно произвести расчет армирования прямоугольного, монолитного железобетонного перекрытия, которое имеет форму прямоугольника. Для этого необходимо отметить первую точку, которая находится в вершине одного из углов. Далее отмечается вторая точка и производится расчет площади бетона. Зная площадь арматуры, легко можно произвести расчет процента армирования монолитного перекрытия.
Если монолитные плиты имеют слабое армирование, тогда их несущая способность будет зависеть от качества бетона. В таких плитах разрушение происходит тогда, когда арматура достигает предела прочности (при растяжении) или текучести.
В таких плитах процент армирования не больше 0,5-0,75 %. В случае если прочность бетона уменьшается в два раза, несущая способность армированной (0,5%) плиты уменьшится с 90 до 82%. Расчет несущей способности плиты производят по определенной формуле, по которой произвели опыт с двумя видами плит:
- плита слабого армирования (процент составляет 0,07 – 0,09);
- плита среднего армирования (процент – 0,17-0,24).
Для плиты слабого армирования выяснилось, что при пределе текучести с дальнейшим упрочнением изгибающий момент оказался намного меньше, чем для плит среднего армирования. В конструкциях со стохастическими эксцентриситетами и с арматурой (продольной), равномерно расположенной по периметру сечения, процент армирования (минимальный) высчитывается от площади сечения (полной) и всегда равен двойному значению указанных величин.
В конструкциях предварительно напряженных учитывают усадочные, температурные и т. п. воздействия, не учитываемые при простом расчете процента. А объем арматуры вычисляют по условию, чтобы по мере образования трещин несущая способность перекрытия была на порядок больше его трещиностойкости
Для проверки минимального процента армирования используют ультразвуковые преобразователи, которые располагают на участках, у которых процент армирования меньше. Это делается для уменьшения какого-либо влияния металла арматуры на процесс измерения и результаты контроля.
Процент арматуры в железобетоне — каким должно быть оптимальное значение?
С целью выполнения армированием своего прямого предназначения, необходим специальный расчет усиления бетона, что соответствует минимальному и максимальному проценту. Эта величина играет важную роль в проектных расчетах. Ее малый показатель не дает права считать изделие усиленным до ЖБИ, а больший приведет к существенному снижению технических характеристик ж/б материала.
Степень армирования
Минимальная величина коэффициента армирования (0,05%) позволяет назвать изделие железобетонным.
Если металлические элементы поместить в бетон, но величина арматурной составляющей не будет соответствовать техническим требованиям ГОСТа, то это изделие относится к бетонным наименованиям с конструкционным укреплением и не допускается к эксплуатации. Для фундамента, колонн, несущих стен и балок степень армирования рассчитывается по формуле: К= (М1÷М2)x100; где
- М1 — вес стального каркаса;
- М2 — масса бетонного монолита.
Для создания арматурного каркаса предпочтительно используются прутья диаметром 12-14 мм.
Площадь сечения стержней обуславливает способность поддерживающего каркаса нести и распределять нагрузки. Чем больше диаметр прутьев, тем выше процент армирования и прочность сооружения. Обычно предпочитают стержни в 12—14 мм диаметром. Удельный показатель веса арматуры уменьшается с увеличением толщины бетонного слоя.
Особенности расчетов
В железобетоне используют только горячекатаную сталь высокого класса, так как она устойчива к коррозии и крепка. Чтобы сваренный металлический каркас, расположенный в бетоне, сделал свое дело, необходим точный расчет, позволяющий уточнить, сколько и какие материалы необходимы. Важность расчетов сложно переоценить. Они выполняются с привлечением технических формул, где учтены сопротивление используемых стройматериалов, соотношение предельно допустимых нагрузок к закладываемым и другие параметры. А также стандартные вычисления предусматривают тип фундамента, наличие дополнительных конструкционных элементов, марку бетона, несущие нагрузки. По окончании математической части все данные наносят на чертеж, где представлена схема армирования. Из проекта исполнители знают, сколько и какого вида стальных стержней нужно взять. А также стоит учесть в каком порядке их расположить и связать.
Значение армирования
Минимальный процент
Наименьшая степень усиления бетона арматурой, что расположена продольно, вычисляется соответственно площади сечения железобетонного объекта и составляет 0,05%. Меньший показатель говорит лишь о локальном укреплении бетонного раствора. Такое сооружение ненадежное и опасное, поскольку возможно его разрушение. Минимальный процент армирования зависит от типа и локализации действующих нагрузок (сжатие, растяжение) вне пределов рабочего бетонного сечения, между прутьями каркаса, и колеблется в пределах от 0,5 до 0,25% для каждой конкретной конструкции.
Максимальный коэффициент арматуры
Предельно допустимая доля стали для ж/б конструкций составляет 4% (в колоннах 5%). Тип стальных элементов и марка бетона влияния не имеют. Превышение максимальной величины приводит к снижению эксплуатационных характеристик изделия и возрастанию его веса, что усилит нагрузку вышерасположенных составляющих на нижние. Укрепляя бетон, важно обеспечить плотное обволакивание всей металлической решетки раствором без образования воздушных карманов.
Сохранение прочности
Бетон создает защиту стали от влияния факторов внешней среды (влаги, химических веществ), поэтому металл должен быть полностью укрыт раствором. Любые манипуляции с железобетонным объектом типа алмазного бурения, резки, отделения частей, образования сквозных тоннелей в стене приводят к значительному уменьшению потенциала прочности.
Все работы, нарушающие монолитность железобетонной конструкции, должны проводиться с учетом схемы расположения и пространственной структуры каркаса.
Защитный слой бетона
В таблице представлена зависимость толщины бетонного слоя от типа строительного элемента:
Загрузка...
