Как правильно армировать монолитные балки: расчеты, схемы и рекомендации

Железобетонные изделия стандартных размеров, выпускаемые многочисленными крупными и малыми предприятиями, не всегда подходят для реализации проектов частной застройки, тем более, нетиповых. Армирование балки на строительной площадке – задача непростая, требующая выполнения специальных расчетов, соблюдения норм и правил. Рассмотрим подробно виды железобетонных балок, принципы их усиления, требования к арматуре.

Виды балок и цели их армирования

Балки – это элементы строительных конструкций, принимающие на себя внешние нагрузки, изготавливаемые из бетона и усиленные стальными стержнями. По месту, способу расположения и изготовления они разделяются на:

• монолитные – свободно размещенные, в том числе консольные;
• сборные – элементы, составленные из нескольких частей, образующие двухпролетные либо многопролетные конструкции.

Пример каркаса из арматуры для усиления монолитной балки полукруглой формы.

Балки могут иметь сечение различной формы: прямоугольное, трапециевидное, тавровая либо двутавровое, коробчатое. В строительстве используются в качестве элементов перекрытий и фундаментов. Согласно СП 52-101-2003, ширина сечения назначается, начиная с 150 мм, а высота – от 300 мм до 1200 мм с шагом 100 мм, а далее – кратно 300 мм.

Благодаря применению технологии армирования, улучшаются следующие характеристики железобетонных балок:

• улучшается несущая способность конструкции;
• увеличивается трещиностойкость и  жесткость;
• повышается стойкость к воздействию нагрузок.

Расчет армирования

Армирование выполняется по заранее выполненным расчетам, позволяющим определить общую площадь стержней согласно заданным эксплуатационным условиям. Либо наоборот – вычислить несущую способность элемента по фактическим параметрам имеющейся арматуры.

Расчетами определяются:

• диаметр стержня;
• длина арматуры;
• схема размещения прутов;
• расход арматуры на 1 м3 бетона.

Для вычисления оптимального способа армирования балки учитываются такие параметры:

• размеры изделия;
• защитный слой (расстояние от края прутка до наружной стенки бетонной балки);
• значение и тип нагрузки (точечная либо распределенная).

Я, как человек который работает на монолитном строительстве уже более 10 лет, всегда рекомендую не производить расчеты самостоятельно. Лучше предоставить необходимые данные в проектное бюро, они высчитаю и предоставят вам готовый проект, а вы уже самостоятельно сможете выполнить по нему армирование балки.

Принципы и пример армирования

Армирование бетонных балок выполняется с применением:

• отдельных прутков;
• стальных каркасов;
• сеток из арматуры.

При усилении стержни могут размещаться в различных участках конструкций, подверженным как сжатию и растяжению, так и скручиванию, изгибу (в консольных балках).

Армирование производится стержнями, которые располагают в поперечном либо продольном сечении. В зависимости от направленности нагрузок, нижние и верхние стержни могут работать на сжатие или растяжение.

На фото пример армирования прямоугольной балки 50 на 40 см, длиной 11 метров, упирающая на 3 колонны. В верхней части балки усиление выполняется над точками упора, так как в этом месте на балку действует сила растяжения. В данном случае стержнями диаметром 25 мм, длиной 4500 мм.

Требования к арматуре

Армирование балок производится продольными и поперечными стержнями с их последующей вязкой либо свариванием. В первом случае используется вязальная проволока. Для армирования монолитных балок, плит перекрытий применяются прутки рифленого профиля, обладающие более чем 3-х кратным резервом сопротивления вырыванию относительно гладкой арматуры.

Таблица максимальных допусков по количеству стержней в сечении балки.

Работы должны производиться в соответствии с требованиями СП 52-101-2003:

• для продольного усиления использовать стержни диаметром от 10 мм;
• для ненапрягаемых элементов должны применяться прутки сечением 12 мм и более, при этом для вязаных каркасов, используемых в качестве опорных стенок, их высота должна составлять как минимум 400 мм;
• продольные пруты в каркасах должны размещаться на удалении один от другого не меньше 30 мм для верхнего слоя и от 25 мм – для нижнего пояса.

Таблица рекомендуемых размеров балок прямоугольных сечений.

К арматурным стержням предъявляются такие требования:

• поверхность должна быть обезжирена;
• на прутках не допускается присутствие грязи, следов окрасочных составов и иных неметаллических декоративных и защитных покрытий;
• перед армированием поверхность должна быть очищена от отслаивающейся ржавчины.

Существует мнение, что за 7-10 дней до установки арматуру следует увлажнить. В результате поверхность ее покроется ржавчиной, что обеспечит лучшее сцепление с бетоном. Такие прутки лучше связываются с бетонным раствором, но наличие ржавых отслоений не допустимо. Более подробнее в статье: “Можно ли применять ржавую арматуру?”.

Отгиб прутков

К местам стыковки и размещения отгибов прутков предъявляются отдельные требования, так как от расположения этих точек зависят характеристики прочности и устойчивости балки. Точки отгибания арматуры необходимо устанавливать, исходя из таких рекомендаций:

1. Расстояние между отгибом и наружной поверхности должно составлять до 50 мм.
2. Не допускается использование коротких стержней с единственным наклонным участком, свободно размещенных в каркасе (так называемых «плавающих прутков»).
3. Угол изгиба арматуры к оси балки назначается порядка 45 градусов. При этом для высоких конструкций (свыше 800 мм) мм допускается увеличение угла до 60 градусов. Для низких балок, эксплуатируемых под воздействием только точечно приложенных усилий, возможно уменьшение угла наклона до 30 градусов.
4. Допускается не производить отгибы при установке хомутов. Трещиностойкость и прочность конструкции в данном случае проверяется по расчету.
5. При определении мест отгибки необходимо удостовериться, что на участке их расчетного расположения в любом сечении, перпендикулярном к оси балки, имелось не менее одного отгиба.
6. Отгиб необходимо выполнять на одном продольно расположенном стержне в каждой плоскости арматурного каркаса балки шириной до 200 мм. Если ширина конструкции более 200 мм, отгибать следует как минимум по два элемента во всех плоскостях.
7. Отогнутые части должны располагаться симметрично относительно оси балки.

Расстояния между отогнутыми частями стержней, размещенных в различных плоскостях, определяются расчетом в соответствии со схемой армирования.

Специфика поперечного армирования

При поперечном армировании необходимо выполнять такие требования:

• при высоте балки более 150 мм следует использовать поперечную арматуру;
• вертикальные стержни можно не ставить, если имеется только один продольный пруток либо сетка;
• размер поперечной арматуры, назначение типа их сварного соединения или вязки должно определяться расчетом.

Пример выполнения поперечного армирования балки арматурой периодического профиля.

Изготовление хомутов для армирующего каркаса балки, где соединение элементов выполняют с помощью вязки арматуры, должны гнуться из прутов, диаметр которых минимум 6 мм – при высоте балки до 80 см; если высота более 80 см то толщина стержней минимум 8 мм.  Для изготовления хомутов можно использовать как гладкую арматуру класса А1, так и рифлёную класса А500С.

Защитный слой

Толщина защитного слоя бетона для арматуры  назначается для исключения просачивания влаги к стальному каркасу, ее воздействия на стержни, обеспечения правильную работу арматуры в массиве бетона. Помимо этого, величиной защитного слоя характеризуется также и огнестойкость железобетонного изделия.

Для балок, используемых в качестве элементов сборных конструкций, устанавливаемых в фундаментах, толщина защитного слоя для продольной арматуры принимается равной её диаметру, но не менее 30 мм.

Требуемая толщина обеспечивается за счет использования специальных фиксаторов для арматуры, фиксирующих армирующий каркас в неподвижном положении в процессе заливки бетона в опалубку.

Пример установки фиксаторов защитного слоя под арматурный каркас монолитной балки.

Если сечении конструкции менее 250 мм, величину защитного слоя для поперечной арматуры допускается назначать 10 мм и более. При большей величине сечения защитный интервал должен составлять не менее 15 мм.

Возможные ошибки при армировании

При армировании бетона часто наблюдаются нарушения технологии, приводящие к снижению прочностных характеристик.

При производстве работ следует обратить внимание на такие моменты:

1. В качестве рабочей арматуры не допускается применение алюминиевых стержней, отходов, некондиционных металлических изделий произвольных форм, проволоки. Использование таких материалов, не обладающих требуемыми эксплуатационными свойствами, приведет к деформированию бетона, появлению трещин.
2. Участки отгибов не допускается предварительно нагревать, использовать режущий инструмент для облегчения их изгиба. Это приводит к ослаблению прутков и, следовательно, к непредсказуемым последствиям при работе их под проектной нагрузкой. Операции по выполнению отгиба должны производиться при естественных температурных условиях.
3. Стальные стержни класса А400 и А500С допускается сгибать на угол до 90 градусов при использовании специального оборудования. Радиус загиба арматуры должен равняться пятикратному диаметру арматуры. Отгиб на угол, превышающий 180 градусов, приводит к снижению прочности изделия на 10%.

Армирование в железобетонной балке повышает её прочностные характеристики, и она способна переносить нагрузки на изгиб и растяжение. При выполнении работ в соответствии с рекомендациями, обеспечивается безопасная эксплуатация железобетонных конструкций на протяжении всего срока службы.