По функциональному назначению арматура подразделяется на рабочую, конструктивную (распределительную) и монтажную. Рабочая арматура воспринимает усилия, возникающие под действием нагрузок на конструкцию и ее собственной массы. Количество арматуры рассчитывают в соответствии с этими нагрузками. В зависимости от ориентации в железобетонной конструкции рабочая арматура может быть продольной или поперечной.
Продольная рабочая арматура воспринимает усилия растяжения или сжатия, действующие по продольной оси элемента. Например, в изображенной на 55 балке, опирающейся по концам, продольная рабочая арматура выполнена из стержней 2, 3, 5, которые сопротивляются растягивающим усилиям в нижней зоне конструкции. Для восприятия усилий, действующих при изгибе под углом 45° к продольной оси балки, стержни 2 и 3 отгибают. В колоннах продольную арматуру устанавливают для повышения сопротивляемости усилиям сжатия.
Поперечная арматура воспринимает усилия, действующие поперек оси балки. Такую арматуру выполняют в виде хомутов либо расположенных поперечно отрезков стержней в сварных каркасах и сетках.
Конструктивная (распределительная) арматура обеспечивает цельность конструкции, учитываемой при расчете прочности, а также в распределении действия сосредоточенных сил или ударной нагрузки на большую площадь. Стержни рабочей и распределительной арматуры сваривают либо связывают в единый пространственный каркас или плоские сетки. Иногда распределительную арматуру используют для того, чтобы придать арматурному каркасу необходимую жесткость.
Конструктивная арматура служит для восприятия таких усилий, на которые конструкцию не рассчитывают. В частности, сюда относятся усилия от усадки бетона, температурных деформаций. Конструктивную арматуру обязательно устанавливают в местах резкого изменения сечения конструкций, где происходит концентрация напряжений.
Монтажную арматуру устанавливают в зависимости от конструктивных и технологических требований, она не имеет непосредственного статического значения. Монтажная арматура необходима для создания из рабочих и конструктивных стержней жесткого транспортабельного каркаса. Рабочая и конструктивная арматура одновременно могут выполнять функции монтажной.
По способу изготовления стальную арматуру железобетонных конструкций подразделяют на горячекатаную стержневую, холоднотянутую проволочную и проволочную обыкновенную катаную.
Стержневую арматуру железобетонных конструкций изготовляют следующих видов: горячекатаную — диаметром 6…80 мм; термически или термомеханически упрочненную — диаметром 6…40 мм; упрочненную вытяжкой — диаметром 20…40 мм.
Стержневую горячекатаную арматуру в зависимости от механических характеристик подразделяют на шесть классов, условно обозначаемых A-I (А240), А-П (А300), А-Ш (А400), A-IV (A600), A-V (A800), А-VI (А1000). Арматуру класса A-I (A240) выпускают гладкого профиля, остальных классов -периодического. В арматурных стержнях класса А-П (А300) профиль образован двумя диаметрально расположенными продольными ребрами и многочисленными поперечными выступами, идущими по винтовым линиям с одинаковым заходом ( 56а). В арматуре остальных классов поперечные выступы расположены «в елочку» ( 566).
Термическому и термомеханическому упрочнению подвергают стержневую арматуру десяти классов; в ее обозначении упрочнение отмечается дополнительным индексом т: Ат400С, Ат500С, АтбОО, АтбООС, АтбООК, Ат800, Ат800К, АтЮОО, АтЮООК и Ат1200. Буква С указывает на возможность стыкования стержней сваркой, К — на повышенную стойкость арматуры против коррозионного растрескивания. Арматурную сталь изготовляют с периодическим профилем согласно ГОСТ 5781-82 или ГОСТ 10884-94.
Стержневую арматуру, упрочненную вытяжкой, производят на предприятиях строительной индустрии. Ее выпускают классов А-Пв и А-Шв (что соответствует Ат400 и Ат500).
Сортамент арматуры составлен по номинальным диаметрам стержней dH. Для стержней гладкого профиля (класса A-I (А240)) номинальный диаметр равен фактическому. В стержнях периодического профиля dH соответствуют диаметрам одинаковых с ними по площади поперечного сечения круглых гладких стержней. В условном обозначении арматуры указывают номер профиля, класс арматуры и номер стандарта, регламентирующего ее качество. Например, обозначение 16Ат600С ГОСТ 10884-94 следует расшифровывать так: 16 — номинальный диаметр арматуры, мм, АтбООС — арматура термически упрочненная свариваемая.
С повышением класса арматуры возрастает ее прочность, характеризуемая пределом текучести и временным сопротивлением разрыву. Одновременно уменьшается относительное удлинение после разрыва. Наибольшее удлинение наблюдается в арматуре класса A-I (A240) — не менее 25 %.
Арматурную сталь классов A-I (A240) и А-П (А300) диаметром до 12 мм и класса А-Ш (А400) диаметром до 10 мм включительно поставляют в мотках или прутках, а сталь этого же класса больших диаметров и остальных классов — только в прутках.
Арматура класса A-I (A240) — гладкая, отличается наиболее высокой пластичностью. Из нее изготовляют только ненапря-гаемую арматуру (преимущественно монтажную, конструктивную и поперечную рабочую). Сталь хорошо сваривается. Из стали класса A-I (A240) марок ВСтЗсп2; ВСтЗпс2 производят монтажные (подъемные) петли железобетонных элементов, а также закладные детали.
Арматура класса А-П (АЗОО) обладает более высокими механическими свойствами. Область ее применения та же, что и арматуры класса A-I (A240). Периодический профиль улучшает сцепление арматуры с бетоном, и это позволяет считать железобетонные конструкции, армированные сталью класса А-И (АЗОО), более эффективными.
Арматуру класса А-Ш (А400) наиболее часто применяют при изготовлении конструкций, не подвергаемых предварительному напряжению. Арматура данного класса бывает как рабочей, так и конструктивной. Кроме того, из арматуры класса А-Ш (А400) диаметром 6 и 8 мм выполняют поперечные стержни сварных сеток.
Арматуру класса A-IV (A600) выпускают того же периодического профиля, что и арматуру класса А-Ш (А400). Чтобы их различить, концы арматурных стержней класса A-IV (A600) на участке 30…40 см окрашивают в красный цвет. Стержни класса A-IV (A600) используют для изготовления продольной рабочей арматуры сварных и вязаных каркасов и сеток. Допускается применять их также в качестве напрягаемой арматуры предварительно напряженных железобетонных элементов длиной до 12 м, эксплуатируемых под воздействием агрессивной среды.
Арматура классов A-V (A800) и А-VI (А1000) — наиболее прочная, поэтому используется в основном для армирования предварительно напряженных конструкций. Ее применяют также в конструкциях, подвергающихся действию динамической и многократно повторяющейся нагрузки, например в пролетных строениях мостов, эстакад, подкрановых балок.
Термически и термомеханически упрочненную арматуру классов Ат400~.Ат1200 периодического профиля применяют в основном для изготовления предварительно напряженных конструкций. Термическое упрочнение арматуры заключается в закалке стали с последующим высокотемпературным отпуском. Так упрочняют арматуру классов Ат600…Ат1200. Для арматуры класса Ат400 и Ат500 применяют термомеханическое упрочнение. Оно заключается в том, что арматурные стержни быстро охлаждают струями воды после прохождения через валок прокатного стана. Тем самым фиксируется состояние наклепа, при котором сталь приобретает повышенную прочность.
Нельзя сваривать стали, упрочненные термически или вытяжкой, так как в результате сварки эффект упрочнения утрачивается: в термически упрочненной стали происходят отпуск и потеря закалки, а в проволоке, упрочненной вытяжкой, — отжиг и потеря наклепа.
Арматуру класса Ат400С диаметром 6 и 8 мм поставляют в мотках, а арматуру этого же класса диаметром 10 мм и более и классов Ат600…Ат1200 — только в стержнях. Арматурные стержни изготовляют длиной 5,3..Л 3,5 м.
Проволочная арматура. Арматурную проволоку в зависимости от механических свойств подразделяют на обыкновенную и высокопрочную, а по форме поверхности — на гладкую и периодического профиля ( 56в, г).
Обыкновенную арматурную проволоку изготовляют из низкоуглеродистой стали. Диаметр проволоки — 3; 4 и 5 мм. Она может быть двух классов: B-I — гладкая; Вр-1 — периодического профиля. Проволока хорошо сваривается, что позволяет использовать ее в составе арматурных изделий. Гладкую проволоку класса В500 (диаметром 3; 3,5; 4; 4,5; 5 мм) в Беларуси производят по СТБ 1341-2002.
Из проволоки класса Вр-1 изготовляют сварные сетки и каркасы, которые используют в качестве ненапрягаемой рабочей арматуры, из гладкой проволоки класса B-I — только конструктивную арматуру.
Высокопрочную арматурную проволоку изготовляют из углеродистой стали путем многократного волочения и низкотемпературного отпуска. Ее также подразделяют на классы: В-П -гладкая; Вр-11 — профилированная. Диаметр проволоки — 3…8 мм с градацией через 1 мм. Профиль проволоки класса Вр-П несколько отличается от профиля проволоки класса Вр-1. Расстояние между центрами вмятин s в зависимости от диаметра проволоки составляет 6,5…7 мм, а глубина вмятин h = 0,15…0,4 мм. Радиус цилиндрической поверхности вмятин R не зависит от диаметра проволоки и равен 8 мм.
По механическим свойствам высокопрочная проволока значительно превосходит обыкновенную. Например, предел текучести проволоки диаметром 3 мм класса B-I составляет 3500 Н, а класса В-П — 10600 Н. Проволоку классов В-И и Вр-И не сваривают, так как в результате высокотемпературного нагрева прочность ее может сильно понизиться. Допускается лишь сваривать стыки конструктивной (монтажной) арматуры, используя специальные приемы сварки.
Из проволоки классов В-П и Вр-П изготовляют напрягаемую арматуру железобетонных элементов большой протяженности -свыше 12 м. Особенно эффективна такая проволока в предварительно напряженных конструкциях, испытывающих в процессе эксплуатации постоянное давление жидкостей, газов или сыпучих тел, например в силосах.
Основной механической характеристикой обыкновенной арматурной проволоки служит ее временное сопротивление разрыву (предел прочности), а высокопрочной — условный предел текучести.
Эти характеристики возрастают с уменьшением диаметра проволоки
Арматурные канаты состоят из нескольких проволок, свитых так, чтобы было исключено их раскручивание. Вокруг центральной проволоки по спирали в одном или в нескольких концентрических слоях располагают проволоки одного диаметра. В процессе изготовления каната проволоки деформируются и плотно прилегают одна к другой. Благодаря периодическому профилю создается надежное сцепление канатов с бетоном.
Канаты выпускают в основном двух классов — К-7 и К-19. В семипроволочных стальных канатах класса К-7 применяют углеродистую проволоку. Канаты класса К-7 изготовляют номинальных диаметров 6… 15 мм с градацией в 3 мм. Прочностные характеристики канатов примерно такие же, что и у проволоки класса Вр-П.
Сечение 19-проволочных канатов класса К-19 представляет собой семипроволочную прядь, на которую навиты 12 соприкасающихся проволок. Номинальный диаметр канатов этого класса- 14 мм.
Выпускают также многопрядные канаты класса К-w. Их изготовляют из большого числа тонких проволок диаметром 1…3 мм. Такие канаты обладают повышенной деформативностью, поэтому перед применением их подвергают предварительной обтяжке.
Арматурные канаты — наиболее эффективная напрягаемая арматура. Их используют в крупноразмерных конструкциях, например в балках длиной свыше 12 м, а также для армирования предварительно напряженных элементов, находящихся под давлением газов, жидкостей и сыпучих тел.
Канаты поставляют намотанными на деревянные барабаны или в бухтах. Длина отрезка каната по стандарту должна быть не менее 1000 м. В процессе армирования конструкций допускается сваривать канаты только по особому режиму с применением опрессовываемых гильз.
Действующие нормы проектирования бетонных и железобетонных конструкций СНБ 5.03.01 «Бетонные и железобетонные конструкции» вводят новые требования к обозначению и применению арматуры.
Согласно СНБ 5.03.01-02, класс арматуры — показатель, характеризующий ее механические свойства согласно требованиям соответствующих стандартов, обозначаемый буквой S (заглавная буква английского слова Steel) и числом, соответствующим нормативному сопротивлению арматуры в МПа. В отличие от СНиП 2.03.01-84*, в действующих нормах принято всего шесть классов арматуры по прочности: три класса напрягаемой и три класса ненапрягаемой. Данная классификация исключает применение в конструкциях рабочей арматуры упрочненной вытяжкой класса по прочности 400 МПа (ранее обозначаемую как А-Шв). Соответствие обозначений классов арматуры по СНиП 2.03.01 и СНБ 5.03.01 приведено в табл. 27.
Кроме стальной арматуры, в последние десятилетия получила распространение неметаллическая арматура, в которой применяют углеродные, борные и другие виды волокон. В Беларуси в основном используется стеклопластиковая арматура, изготовляемая из алюмоборосиликатных волокон и применяемая в предварительно напряженных конструкциях взамен высокопрочной проволоки Вр-П и канатов. Связующее вещество склеивает волокна в монолитный стержень, работающий как единый элемент, защищенный от механических повреждений, влаги и агрессии.
К арматурным изделиям относят сварные сетки и каркасы, а также проволочные пучки и отдельные мерные стержни.
Сварные сетки изготовляют из обыкновенной арматурной проволоки класса Вр-1 диаметром 3…5 мм и стержневой арматуры класса А-Ш диаметром 6… 10 мм. Сетки бывают плоские и рулонные. Наибольший диаметр продольных стержней в рулонных сетках — 5 мм ( 57).
Сварные каркасы могут быть плоскими и пространственными. Плоские каркасы состоят из одного или двух продольных рабочих стержней, монтажного стержня и привариваемых к ним поперечных стержней.
Пространственные каркасы получают путем сварки плоских каркасов. Иногда для этой цели применяют специальные соединительные стержни. Размеры арматурных изделий выдерживают в строгом соответствии с рабочими чертежами.
Арматурные проволочные пучки состоят из параллельно расположенных проволок класса В-П или Вр-П. В одном пучке может быть 14, 18 или 24 проволоки, расположенные по окружности. Диаметр пучка в зависимости от числа проволок может быть в пределах 30…50 мм. В конструкции пучков предусмотрены зазоры между соседними проволоками, через которые в процессе бетонирования конструкции цементный раствор проникает внутрь пучка, создавая надежное сцепление арматуры с бетоном. Применяют пучки для армирования большепролетных конструкций, например мостов, путепроводов.
Закладные детали служат для соединения сборных элементов при монтаже конструкций. Изготовляют эти детали из сортовой прокатной стали ВСтЗкп2; ВСтЗпсб; ВСтЗГпс5; ВСтЗсп5. Устанавливаемые по конструктивным соображениям, т. е. не рассчитываемые на силовые воздействия, закладные детали допускается изготовлять из прокатной стали БСтЗкп2.
Закладные детали приваривают к арматуре железобетонного элемента или заанкеривают в бетоне, а при монтаже конструкций соединяют между собой болтами, скобами, но чаще всего сваривают.
Нижняя сетка С-7 предназначена для восприятия растягивающих усилий от положительных изгибающих моментов, действующих в средних пролетах .
Позиция 32 — поперечные рабочие стержни Ø5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.
Позиция 33 — продольные конструктивные стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.
Верхняя сетка С-8 предназначена для восприятия растягивающих усилий от отрицательных изгибающих моментов над промежуточными опорами (второстепенными балками).
Позиция 34 — рабочие стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от отрицательных опорных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.
Позиция 35 — конструктивные стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.
Дополнительная нижняя сетка С-9 служит для восприятия растягивающих усилий от разности положительных изгибающих моментов в первом и средних пролетах плиты.
Позиция 36 — поперечные рабочие стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от разности положительных моментов, действующих в направлении расчетного (меньшего) пролета плиты.
Позиция 37 — конструктивные стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от положительных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.
Верхние сетки С-10 предназначены для восприятия растягивающих усилий от отрицательных изгибающих моментов над промежуточными опорами (второстепенными балками).
Позиция 38 — рабочие стержни Ø 5 В500 служат для восприятия растягивающих усилий от отрицательных опорных моментов, действующих в направлении меньшего пролета плиты.
Позиция 39 — конструктивные стержни Ø 5 В500 служат для восприятия ^стягивающих усилий отрицательных моментов, действующих вдоль большего пролета плиты.
2.3. Проектирование второстепенной балки монолитного перекрытия.
Исходные данные. Балки перекрытия изготавливаются на строительной площадке из тяжелого бетона В20 в составе перекрытия. Распалубочная прочность принимается равной 75% прочности, соответствующей классу бетона В20. Армирование плиты сварными (вязаными) каркасами. Проектное положение арматуры обеспечивается пластмассовыми фиксаторами, установленными равномерно по длине изделия. Закладные детали фиксируются монтажной сваркой к каркасам или сеткам.
Проектируемая балка должна рассчитываться по предельным состояниям первой и второй групп для работы конструкции в стадиях:
• изготовления (в данной работе не рассматривается),
• эксплуатации.
Балка относится к третьей категории трещиностойкости. Допускаемая ширина раскрытия трещин составляет:
• при непродолжительном действии нагрузки асгс1=0,4 мм,
• при длительном действии нагрузки асгс2 = 0,3 мм.
При расчете балки в стадии эксплуатации необходимо выполнить:
• расчеты прочности нормальных сечений,
• расчеты прочности наклонных сечений,
• проверку трещиностойкости балки и ширины раскрытия трещин,
• расчет прогибов балки.
В рамках настоящей работы расчеты по предельным состояниям второй группы для второстепенной балки в стадии эксплуатации не рассматриваются.
Технология двойного армирования, укладка лазерным бетоноукладчиком «MBMfloor»
«МБМ» создала и внедрила новую технологию устройства промышленных полов. Инновационный подход заключается в использовании лазерного бетоноукладчика при двойном армировании. Технология успешно применена на крупнейших логистических-складских объектах: PNK-Валищево, PNK-Бекасово, Атлант-Парк п.Обухово, Логистипеский парк «Сынково» д.Новогородово и на других объектах строительства.
Механизированная укладка позволила добиться максимальной ровности бетонных полов в кратчайшие сроки с минимальными трудозатратами. Такой способ был применён впервые.
Традиционно выравнивание при двойном армировании проводится рабочими вручную, бетоноукладчик используется только при армировании фиброй, которую добавляют в бетон. Использование механизированной укладки бетона при двойном армировании позволило добиться выдающихся результатов. Основной параметр оценки – идеальная ровность бетонных полов, а также надёжность. Кроме того, производительность и скорость укладки значительно выросли, ручной труд был сведён до минимума. В работе используются современные высокоточные лазерные бетоноукладчики Somero Laser Screed SXP-D.
Компания «МБМ» планирует активно применять уникальный метод в следующих проектах.