Арматура работает на растяжение и сжатие
Фундамент работает как несущее основание, на которое воздействуют все виды нагрузок от вышестоящих конструкций и которое равномерно распределяет их на почву.
Арматура из стали может абсолютно спокойно выдерживать нагрузки на растяжение в 10 раз больше, чем голый бетон.
В частном строительстве наиболее распространенным является фундамент ленточного типа. Он работает в виде замкнутой контур-ленты из сборного или монолитного железобетона, которая укладывается под несущими стенами постройки и по всему своему периметру распределяет вес строения. Большее распространение имеет ленточный фундамент из монолитного железобетона.
В процессе эксплуатации на фундамент воздействуют различные нагрузки, возникающие от веса самого здания, от морозного пучения и от движения грунтов. Нижняя часть при давлении дома имеет нагрузку на растяжения, а верхняя – на сжатие. Не стоит забывать и о силах морозного пучения, чья подъемная сила может значительно превышать вес здания и провоцировать растяжение в верхних частях ленточного фундамента.
В эпоху Петра І термин «арматура» обозначал армейское вооружение. Сегодня мы называем так «вооружение» стальными стержнями бетонного фундамента.
Смысл армирования
Ленточный малозаглубленный фундамент нужно армировать для того, чтобы компенсировать воздействующие на него нагрузки в процессе эксплуатации. Бетону свойственна большая прочность на сжатие, но вызывающие растяжение или срез бетона нагрузки могут с легкостью нарушить его структурную целостность. Устойчивость бетона к растяжению в 50 раз ниже, чем к сжатию. Трансформация при помощи стальной арматуры обычного бетона в совершенно новый материал, железобетон, дает возможность ленточному фундаменту получить улучшенную устойчивость к растягиванию.
Противостояние различным нагрузкам
Ленточный армированный фундамент является монолитной железобетонной рамой из надежно связанных балок, которая свободно лежит на упругом основании. Почва под основой фундамента не является неподвижной монолитной платформой; чаще всего она представляет собой неоднородную структуру, на которую воздействуют, провоцируя движение, влага, грунтовые воды, влияние снежного и растительного покровов, температура воздуха и пр. На конструкцию фундамента постоянно действуют различные нагрузки, возникающие от возможных движений почвы. Если представить, как работает нагрузка на ленточном фундаменте упрощенно, то можно говорить, что на нижнюю часть действует преимущественно растяжение, а верхняя часть испытывает сжатие.
Схема устройства ленточного фундамента.
Арматура из стали может спокойно, абсолютно без разрушений, выдерживать нагрузки на растяжение в 10 раз больше, чем голый бетон. Сталь имеет свойство удлиняться без разрывов при воздействии нагрузок на растяжение от 4 до 25 мм (тогда как бетон только на 0,2-0,4 мм). Бетон же лучше переносит нагрузку на сжатие. Соединенные в одном материале, железобетоне, бетон и сталь позволяют лучше переносить комплексные нагрузки на растяжение и сжатие. Равноудаленная от нижней и верхней частей ленточного фундамента часть фактически не воспринимает нагрузки. Это говорит от том, что использование срединного слоя продольных элементов, который нередко монтируют «для большей прочности», лишено необходимости. В том случае если вы возводите заглубленный фундамент (подземную стену), то и армировать его необходимо как монолитную бетонную стену.
Бывают такие случаи в самостоятельном дачном строительстве, когда строители работают так: они проводят армирование только нижней части фундамента. Аргументируется это тем, что нагрузка от здания не позволит балке выгнуться вверх, создавая этим самым растяжение в ее верхней части, в которой можно «сэкономить». Но такие горе-строители не берут во внимание немалую подъемную силу намокающей расширяющейся почвы или же силу морозного пучения при замерзании воды в почве. Нагрузка от этих сил может стать больше нагрузки от строения, и она вызовет растяжение в верхних частях фундамента, которое повлечет за собой разрушение его структурной целостности.
https://youtu.be/_xKAqYFUG-U
При неправильном армировании ленточного фундамента может произойти его разрушение, что повлечет за собой разрушение стен и всей постройки.
Виды материала
В России для армирования монолитного ленточного фундамента применяется арматура класса А-ІІІ (А400) периодического профиля. Эта арматура представлена в виде стальных круглых профилей с парой продольных ребер и поперечными выступами, которые идут по трехзаходной винтовой линии. Периодические профили предназначены для более надежного сцепления бетона с арматурой, что отличается от материала с гладким профилем, которая больше подходит для использования в качестве обвязки (хомута) продольных элементов. Маркировка стальной арматуры А400 обозначает предел текучести этого класса (390 Н/мм2). Но такая арматура сегодня уже считается устаревшей. В начале 90-х годов страны Европы перешли на один класс, которую можно варить, предел текучести которой равен 500 Н/мм2. Применяя класс А500С вместо устаревшего класса А400, вы экономите свыше 10% стали в строительстве.
Схема плитного фундамента под коттедж с использованием армирования.
Арматура периодического профиля класса А-ІІІ производится в отечественном экземпляре с выступами в форме колец и в экземпляре «европрофиль» с выступами в виде серпов. Кольцевой профиль отечественного производства работает на повышение прочности сцепления бетона с арматурой, а профили в форме серпа повышают стойкость к часто повторяющимся нагрузкам. Для армирования ленточного фундамента стоит выбирать кольцевой профиль отечественного производства. Порой можно встретить 4-сторонние серповидные профили, которые объединяют плюсы обоих типов.
Арматуру марки А400 (А-ІІІ) не рекомендуется варить для соединения стержней. Если варить сталь, то есть локально воздействовать высокой температурой, происходит значительное структурное ослабление стали. Эти изменения в стальных стержнях происходят на том участке, который варят, и в прилегающих участках на длину, которая равняется четырем диаметрам стержня в обе стороны. Если вы хотите варить соединение между стержнями, то вам следует выбирать специальные, предназначенные для этого классы, которые можно узнать по букве «С» в названии: А400С, А500С. Именно их можно варить для соединения стержней в каркас. Если вы не знаете, арматурой какого именно класса вы располагаете, но вам необходимо варить место соединения продольных стержней, то арматуру предварительно необходимо нагреть до 200 градусов по Цельсию, чтобы свести к минимуму потери стальной прочности. Длина сварного шва как минимум должна быть равной 10 диаметрам одного стержня свариваемой арматуры (45-55% длины стержня).
Сварка сетки
Варить отдельные стержни сетки железобетонного фундамента можно двумя видами контактной электрической сварки: стыковой и точечной.
Точечная контактная сварка основывается на использовании тепла, которое выделяется в местах контакта стержней во время пропускания электрического тока, чтобы разогреть металл на этих участках до температуры плавления. Осаживая разогретые стержни друг к другу, получается их надежное соединение. Контактной точечной сваркой можно варить узлы каркасов и сеток, которые представляют собой два или три пересекающихся стержня под углами 60 и 90 градусов.
Вязка прутьев
Схема конструкции фундамента.
Также требуется гнуть арматуру для изготовления соединительных элементов, которые работают на растяжение (лапка или стандартный крюк) и для армирования примыканий и углов. Некоторые строители производят армирование примыканий лент и углов ленточного фундамента, используя перекрестия стержневой арматуры. Этот метод является очень грубым нарушением типовых схем армирования примыканий и углов, которые ослабляют конструкцию. Такой способ может повлечь за собой расслоение бетона.
Класс А-ІІІ гнется в холодном состоянии на прямой угол по диаметру изгиба без потерей прочности. Если гнуть арматуру на 180 градусов, то прочность снизится на 10%. Сегодня работает минимум два очень распространенных и недопустимых способа гибки стержней. Недобросовестные рабочие, не желающие выполнять лишнюю работу, или надпиливают точку, где будет производиться гибка стержня, с помощью угловой отрезной машинки, или греют место сгиба паяльной лампой (автогеном или же на костре). Ясно, что оба приема в разы ослабляют стержни, что может повлечь разрушение их целостности под влиянием нагрузок. Запомните, что все типы должны гнуться в холодном состоянии, если другое не указано проектировщиком.
Схема расчета арматуры для фундамента.
Арматура А-ІІІ (А400) применяется для поперечного и продольного армирования фундамента. Для дополнительного (вспомогательного) поперечного армирования (хомуты) можно также использовать стержневую гладкую горячекатаную арматуру класса А-І (А240) или А-ІІ.
Еще для армирования фундамента можно применять конструктивную арматуру, которая монтируется для восприятия непредвиденных усилий (к примеру, усилия от температурных деформаций или усадки бетона). Следует по возможности устанавливать арматуру пространственными или укрупненными заранее подготовленными элементами, сокращая при этом объем использования отдельных стержней. С бетонной подушки (подготовки) на месте монтажа стержней должны удаляться грязь, пыль, мусор, лед и снег.
Поверхность
Стержни необходимо обезжиривать, очищать от всех неметаллических покрытий посредством металлической щетки. Допускается наличие на арматуре эпоксидного покрытия. Оно в разы снижает сцепление с поверхностью бетона, но также повышает стойкость к коррозионному процессу.
Разрешается наличие на стержнях арматуры неотслаивающейся ржавчины. Кстати, обыкновенная неотслаивающаяся ржавчина даже усиливает прочность сцепления бетонной поверхности с арматурой.
Источник
Для начала немного истории. Изобретение железобетона началось с открытия цемента. Первый цемент был получен в 1796 году англичанином по фамилии Паркер. Цемент был получен путем обжига глины и известкового камня. Полученные смеси на основе цемента с добавлением песка и щебня применялись в строительстве для устройства перегородок, малопролетных балок. Материал получился высокопрочным на сжатие, огнестойким, достаточно дешевым. Применение его было ограниченно низкой прочностью материала на разрыв.
Некоторые принципиально похожие на современный железобетон конструкции применялись даже в 1802 году при строительстве Царскосельского дворца в г. Царское село, пригороде Санкт-Петербурга. Тогда были использованы металлические стержни совместно с вяжущим веществом — известковым тестом для устройства перекрытий дворца.
Однако до совмещения бетона и арматуры было еще далеко. Как ни странно предложения по устройству конструкций из бетона, пронизанного металлическими стержнями поступавшие от строителей: в 1854 году английский штукатур Вильям Вилкинсон получил патент на использование железобетона и даже возвел из него небольшой домик, а в 1861 году независимо от него француз Куанье издал брошюру «Применение бетона в строительном искусстве» в которой описывал применение металлических стержней совместно с бетоном, не получили никакого распространения и массового применения.
А вот честь открытия железобетона почему-то принадлежит садовнику Жозефу Монье. Он изготавливал из цементобетона декоративные кадки для садовых деревьев, когда они трескались от прорастающих корней решил скрепить из железными обручами, а чтобы не портить внешний вид обручи снова обмазал пескобетоном. Получилась очень удачная конструкция, Монье как весьма предприимчивый человек начал думать над применением данной системы, разработал и построил мост, запатентовал железобетонные балки и в конце концов в 1880 году получил общий патент на применение железобетона. Не будучи строителем он не мог правильно оценить взаимодействие и совместную работу металла и бетона, в частности он рекомендовал располагать армирующие сетки по центру конструкции.
Но тут уже в дело вступили профессиональные строители усовершенствовавшие технологию, рассчитавшие и правильно расположившие армирующие сетки в бетоне. Не могу здесь не упомянуть немецкого инженера Гюстава Вайса, который выкупил патент Монье, произвел исследования конструкций соединяющих железо и бетон и в 1887 году перенес арматуру из середины бетонной плиты в ее нижнюю часть тем самым значительно увеличив ее рабочий пролет и положив начало современному монолитному строительству.
Итак, к чему же пришло современное представление о железобетоне. Здесь я расскажу о том как правильно в соответствии с нормами современного строительства произвести армирование конструкции и как проверить правильность выполнения этих работ если вы являетесь Заказчиком.
Основные направления применения монолитных конструкций — это различные виды балок. Да, и перекрытие — тоже технически балка, просто широкая и тонкая. Рассчитывается данная конструкция в сечении по пролету. Рассмотрим картинку:
Зоны работы свободной балки в пролете
Как видно в продольном сечении есть несколько зон. Верхняя часть белки в пролете — сжимается, нижняя — растягивается. Над опорами все ровно наоборот. Конечно если балка свободная, то есть ее опирание на опоры не защемлено, то растяжение над опорной части незначительно.
Как я писал выше в железобетоне на растяжение работает именно арматура, бетон же славится своей прочностью на сжатие.
На нижнем рисунке указан армирующий стержень который воспринимает нагрузку растяжения в нижней части пролета и не дает конструкции разрушится.
Теперь немного физики на пальцах. Все мы инстинктивно понимаем закон рычага, тот самый рычаг которым Архимед грозился перевернуть землю. Как ломается балка или другая конструкция. Мне почему-то легче представить это в вертикальном положении. Вот есть стержень, например карандаш, нижний конец жестко зажат в тиски, а верхний я начинаю изгибать. Естественно усилие воздействует на ту точку, которая зажата в тиски, чес длиннее карандаш тем легче его сломать, у моего воздействия больший рычаг.
Сопротивляется моему воздействию карандаш сжимая свою часть, направленную в сторону моего воздействия, растягивая противоположную. Рычаг этого сопротивления связан с толщиной этого карандаша. При этом если глянуть вглубь, то внутренние части стержня растягиваются и сжимаются меньше, то есть их вклад в сопротивление меньше.
Если развернуть горизонтально, положить наш карандаш-балку на опоры и начать на него давить картина будет приблизительно та же. Причем стоит отметить что если концы карандаша защемить то он будет выдерживать большую нагрузку ибо в работу включатся верхние части защемленных концов работая на растяжение.
Собственно на пальцах это и есть весь принцип сопромата. Приложили нагрузку — возникла деформация в результате возникло напряжение которое стало сопротивляться нагрузке, пока все в пределах нормы все это упруго, связи между атомами материала не нарушаются, если нагрузка слишком большая деформация становится слишком большой, расстояния между атомами вещества увеличиваются так сильно, что атомные связи разрушаются и все ломается, течет и падает. Задача инженера вовлечь в работу наибольшую часть конструкции обеспечив максимальную реакцию при небольшой деформации.
Теперь к нашему частному домику. Все эти описания наверху я делал для того, чтобы объяснить общие принципы работы армированной конструкции. Поняв эти принципы вы сможете на глаз определить правильно ли выполнено армирование, добавим некоторые способы соединений и собственно все, что вам надо знать.
Кстати на первой картинке:
Повторю
Сразу бросается в глаза ошибка — мы видим стену и над ней дополнительные стержни, которые как мы уже знаем усиливают прочность на разрыв. Но здесь зона сжатия, зачем здесь усиливать прочность на разрыв? Так не видя проекта можно замечать ошибки.
Теперь к производству работ: Сначала осмотрим арматуру — она должна быть в пачке с биркой, указывающей на марку, вес, номер партии и пр.
Арматура А500с, диаметром 12 мм, партия, плавка, вес.
Вес арматуры должен быть с запасом 10-12% с учетом отходов и реза.
Арматура должна быть ровной, не иметь изломов, замятий. Поверхность не должна иметь хлопьев ржавчины. Небольшие участки как на фото никак не влияют на качество изделий.
Количество арматуры обычно варьируется в пределах 80-100 кг/м3 конструкции, Если арматуры в проекте больше — то это говорить о нерациональности армирования, перезаложенности избыточности. Если конечно вы не строите противоатомный бункер или домик на скале около вулкана.
Арматурный каркас состоит из продольных и поперечных стержней и отдельных изделий. Естественно исходя из вышеизложенной теории необходимо контролировать, чтобы арматурные стержни работали наиболее эффективно, то есть нижняя сетка или нижние рабочие стержни должны быть максимально близко к низу конструкции, верхние — максимально близко к верху. При этом мы должны понимать — что эффективность работы зависит также от того как арматура обжата бетоном, арматурные стержень, который торчит на поверхности — фактически на работает в конструкции. Следовательно второй этап контроля — защитные слои. Защитный слой обеспечивается установкой пластиковых фиксаторов.
Различные типы фиксаторов
Здесь на картинке нижние фиксаторы для перекрытий, грунтовые фиксаторы с широким основанием, предназначенные для установки на щебеночное или песчаное основание, звездообразные фиксаторы для обеспечения защитного слоя до боковых поверхностей опалубки.
На фиксаторах экономить не рекомендую, подкладывать камешки, кирпичики приточки или иной мусор настоятельно не рекомендую Цена изделий пара рублей на перекрытие в 100 м2 потратите несколько сотен рублей — не вопрос экономии.
Для обеспечения расстояния между сетками наиболее эффективно применение так называемых «лягушек»
Фиксатор расстояния между сетками.
Во такое несложное изделие из арматуры диаметром 10 мм. Арматура должна быть рифленая, так называемого периодического профиля так как она более жесткая и не будет гнуться.
Для гибки арматури применяется станок заводского
Или не заводского самодельного исполнения
Функциональны оба, второй естественно требует большей сноровки, если ваша бригада монолитчиков не имеет такой сноровки — вы лучше их сразу гоните, не арматурщики они совсем.
Резать арматуру для частного строительства вполне можно отрезной машинкой типа «Болгарка», На больших стройках применяют специальные рубочные станки с гидравлическим или механическим приводом. Стоит такой станок не мало, экономически себя на одном частном доме не оправдает.
Нарезанную и подготовленную арматуру мы подаем к месту работ. Технологически процесс устройства армосеток должен происходит так:
1. Раскладываем поперечные стержни — от стены к стене по наиболее короткому расстоянию. Фиксируем их укладкой продольных стержней в с шагом порядка 3 м. при этом вяжем все точки пересечения.
2. Раскладываем продольные стержни, с проектным шагом фиксируя к поперечным стержням через 2 узла пересечения. Вязать каждый узел смысла нет, прочности конструкции это не добавит так как вязальная проволока никак не участвует в работе армокаркаса и выполняет функцию фиксации арматуры в проектном положении. Сваривать арматуру не нужно, во первых долго, во-вторых в любом случае ослабляет стержни, кроме того высокая температура повреждает опалубку.
3. Вязка арматуры осуществляется крючком
Вот он, выверенный многими строителями инструмент заводского изготовления, дешовый и простой. Как ни странно именно такими строят те монолитчики, которые льют по 1500 м3 в месяц под один кран. Да кто-то его подтачивает чтобы было легче подсовывать и приподнимать с перекрытия арматуру, но форма, изогнутость практически оптимальны.
Если у бригады нет крючков — это Вас должно насторожить. Вязка чудоприспособами на шуруповерт поверьте — это еще один вид извращения кроме балета на льду и хоккея на траве. Есть еще автоматические вязальные пистолеты, но они дают выгоду только на больших и очень больших объемах.
4. Соединения стержней — выполняются с перехлестом длиной 30-40 диаметром арматуры, при этом на само соединение должно приходится не менее 3-х вязок.
5. После устройства нижней сетки выполняется установка «лягушек» Шаг подбирается исходя из толщины арматуры сетки, взрослый человек массой 80-90 кг должен ходить по верхней сетке свободно не вызывая значительных прогибаний. Обычный шаг 800х800 при использовании 12-й арматуры с ячейкой 200 мм. Лягушки ставятся в линию.
6. По лягушкам прокладывается направляющий стержень. желательно и красиво если его располагают точно над нижним стержнем арматуры.
Дальше я расскажу как правильнее, а потом как немного удобнее, но менее правильно.
7. Между проложенными направляющими, прокладывают но не привязывают стержни, арматуры ровно столько, сколько соответствующих по направлению стержней нижней сетки.
8. Затем устанавливают на нижнюю сетку все необходимые дополнительные изделия, выпуска, П-образные усиления и пр. При необходимостью производят закладку каналов под коммуникации, гильз и пр. Укладывают арматуру усиления проемов в перекрытии.
9. По направляющим прокладывают стержни верхней сетки фиксируя в каждой точке пересечения с направляющей. Очень красиво когда точно над нижними стержнями.
10. Приподнимают крючком те стержни которые мы бросили не привязывая и подвязывают их к верхним стержням через 2 пересечки.
11. Приподнимая собранный каркас монтажкой устанавливают фиксаторы нижнего слоя.
12. Выдувают или вычищают мусор, производят контроль защитных слоев, шага, расстояния между сетками при помощи рулетки и принимают бетон.
Трудности обычно возникают с моментом поднимания брошенных на нижнюю сетку стержней. Операция не удобная, без навыка не справиться.
Иногда делают так.
Раскладывают направляющие стержни, по ним продольные и по ним уже поперечные. Имеется при этом небольшой перерасход за счет дополнительных направляющих стержней, на маленьком доме он конечно не принципиальный, но все-же он есть.
Еще одна тонкость. Поскольку как мы говорили в теоретической части важной составляющей обеспечивающей прочность и надежность конструкции является расстояние между рабочими стержнями то правильным будет укладка сеток зеркально. Если не указано в проекте то начинаем мы укладку нижнего ряда арматуры по короткой стороне, заканчивать самый последний ряд нужно в том же направлении. Это обеспечит максимальное расстояние между наиболее эффективно работающими в конструкции элементами и несколько уменьшит прогиб. Впрочем это конечно актуально если перекрытие вам посчитали, а не сделали как сосед делал:).
В общем это все про армирование, что я хотел сказать. Естественно информации намного больше, но основное я надеюсь объяснил на пальцах.
Источник