Продольное армирование
Согласно СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры" п.8.3.6: "В железобетонных линейных конструкциях и плитах наибольшие расстояния между осями стержней продольной арматуры, обеспечивающие эффективное вовлечение в работу бетона, равномерное распределение напряжений и деформаций, а также ограничение ширины раскрытия трещин между стержнями арматуры, должны быть не более:
- в железобетонных балках и плитах:
200 мм - при высоте поперечного сечения, h ≤ 150 мм;
1,5h и 400 мм - при высоте поперечного сечения h > 150 мм;"
Понимать этот пункт следует так. Например рассчитывается однопролетная плита перекрытия высотой до 150 мм и по расчету для армирования 1 м ширины такой плиты требуется 3.43 см2 арматуры. Согласно таблицы 170.2 для армирования можно использовать 1 стержень диаметром 22 мм, 2 стержня диаметром 16 мм, 3 стержня диаметром 14 мм, 4 стержня диаметром 12 мм, 5 стержней диаметром 10 мм, 7 стержней диаметром 8 мм и т.д. Так вот, для армирования такой плиты следует принимать не менее 5 стержней диаметром 10 мм. Именно это и обеспечит более равномерное распределение напряжений и деформаций и более эффективное вовлечение в работу бетона. Потому как расчетная схема и реальная работа конструкции - две большие разницы и когда мы рассматриваем материал 1 м ширины железобетонной плиты, как обладающий одинаковыми свойствами по всей ширине, мы делаем очень большое допущение. А чем более равномерно по рассматриваемой ширине будет распределена арматура, тем ближе будет расчетная схема к реальной работе конструкции.
А в Пособии к СП 52-101.2003 данный пункт дополнен следующей рекомендацией (п. 5.13):
"При армировании неразрезных плит сварными рулонными сетками допускается вблизи промежуточных опор все нижние стержни переводить в верхнюю зону.
Неразрезные плиты толщиной не более 80 мм допускается армировать одинарными плоскими сетками без отгибов."
В данном случае речь идет о плитах перекрытия, которые могут рассматриваться как многопролетные балки (пример расчета такого перекрытия см. в статье "Расчет монолитного ребристого перекрытия"). Соответственно в таких плитах возникает момент не только в пролете, но и на промежуточных опорах. И если подобрать арматуру таким образом, что она будет воспринимать моменты, действующие на промежуточных опорах, то армирование можно выполнять одной сеткой для верхней и для нижней зоны сечения, выполняя переход из верхней зоны в нижнюю или наоборот в местах, где расчетный момент, действующий на поперечное сечение плиты, равен нулю. Выглядит это примерно так:
Рисунок 401.1. Варианты армирования монолитной неразрезной плиты б) сварными рулонными сетками с переходом в верхнюю зону сечения на промежуточных опорах, в) сварными одинарными плоскими сетками г) отдельными стержнями (одиночной арматурой).
Ну а теперь пора переходить к не менее важному п. 8.3.7 (5.14 в Пособии): "В балках и ребрах шириной более 150 мм число продольных рабочих растянутых стержней в поперечном сечении должно быть не менее двух. При ширине элемента 150 мм и менее допускается устанавливать в поперечном сечении один продольный стержень."
Данная рекомендация основана все на том же требовании обеспечить эффективное вовлечение в работу бетона, а также максимально возможное перераспределение напряжений и деформаций. Дело в том, что в балках и ребрах монолитного ребристого перекрытия шириной > 150 мм может поместиться 2 стержня арматуры с учетом требуемой толщины защитного слоя бетона и соблюдении минимального расстояния между стержнями при ожидаемом максимальном размере крупного наполнителя бетонной смеси и этим нужно пользоваться.
Согласно п. 8.3.8 (5.15): "В балках до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры с площадью сечения не менее 1/2 площади сечения стержней в пролете и не менее двух стержней.
В плитах до опоры следует доводить стержни продольной рабочей арматуры на 1 м ширины плиты с площадью сечения не менее 1/3 площади сечения стержней на 1 м ширины плиты в пролете и не менее двух стержней."
Данный пункт повествует нам о крайних опорах многопролетных неразрезных плит и балок или просто об опорах однопролетных балок и плит. А также о том что даже если изгибающий момент в точках начала опоры однопролетных балок и плит, а также на крайних опорах многопролетных плит и балок равен нулю, то все равно для надлежащей анкеровки арматуру следует предусматривать до опоры и даже дальше. Насколько дальше, на то есть отдельный пункт (5.35). Тем не менее этот пункт не запрещает заводить за грань опоры всю расчетную арматуру, если это арматура периодического профиля.
А в СНиП 2.03.01-84 подобный пункт ((5.20)) дополнен следующей рекомендацией: "В плитах расстояния между стержнями, заводимыми за грань опоры, не должны превышать 400 мм, причем площадь сечения этих стержней на 1 м ширины плиты должна составлять не менее 1/3 площади сечения стержней в пролете, определенной расчетом по наибольшему изгибающему моменту."
Из чего следует, что даже если расстояние между стержнями продольной арматуры будет принято согласно указанных выше рекомендаций, а именно не более 200 мм, то все равно за грань опоры придется заводить половину всех продольных стержней. И только если расстояние между стержнями продольной арматуры будет приниматься около 130 мм, то можно заводить за грань опоры третью часть стержней.
И тут возникает очень важный вопрос: а на сколько можно не доводить до грани опоры продольные стержни арматуры в однопролетных балках и плитах и на крайних опорах многопролетных балок и плит? К сожалению ни один из вышеперечисленных нормативных документов прямого ответа на этот вопрос не дает, а приводятся только формулы, да таблицы, в которых мы и попробуем сейчас разобраться.
Например, все для той же однопролетной плиты, рассматриваемой как балка на шарнирных опорах длиной l = 3 м, требуемое сечение составляет 3.43 см2. Однако арматура с таким сечением необходима только посредине плиты, где изгибающий момент максимальный. На опорах, согласно принятой расчетной схеме момент равен нулю и арматура вроде как вообще не требуется, однако с целью анкеровки часть арматуры все же заводится за грань опоры. И хотя нет прямой зависимости между значением изгибающего момента и требуемой площадью арматуры мы все же предположим такую зависимость, получив в итоге небольшой запас по прочности.
Итак, если планируется не доводить до опор половину продольных стержней, то эту половину следует доводить до точки, в которой согласно эпюре моментов значение изгибающего момента будет в 2 раза меньше, т.е. М = ql2/16 плюс расстояние, необходимое для анкеровки арматуры в растянутом бетоне.
Согласно уравнению моментов:
Мx = qlx/2 - qx2/2 = ql2/16
тогда
x = 0.146l или примерно 438 мм (методы решения квадратных уравнений здесь не приводятся)
Для арматуры периодического профиля минимально допустимая длина анкеровки в растянутом бетоне составляет согласно Таблице 328.1 не менее 20d = 200 мм, не менее 250 мм, а также не менее (0.7·3600/117 + 11)10 = 325 мм (пояснения к формуле там же, где и таблица). Таким образом обрываемую арматуру можно не доводить до граней опор на 438 - 325 = 113 мм.
Как видим, экономия при обрывании арматуры в пролете не то чтобы сумасшедшая и потому при выполнении 1-2 плит лучше довести все продольные стержни до опор. Так оно надежней будет. Да и перераспределение усилий в плите при этом будет более равномерным.
Ну и еще одно требование, относящееся к балкам, достаточно редко встречающимся в малоэтажном строительстве, но тем не менее (п. 5.16): "В изгибаемых элементах при высоте сечения более 700 мм у боковых граней должны ставиться конструктивные продольные стержни с расстояниями между ними по высоте не более 400 мм и площадью сечения не менее 0,1% площади сечения бетона, имеющего размер, равный по высоте элемента расстоянию между этими стержнями, по ширине - половине ширины ребра элемента, но не более 200 мм."
На первый взгляд такое требование выглядит нелогичным - зачем устанавливать арматуру приблизительно посредине высоты сечения, т.е. там, где растягивающие или сжимающие напряжения минимальны или их вовсе нет? Тем не менее нельзя забывать о том, что стержни поперечной арматуры могут работать на сжатие, а значит чем меньше их расчетная длина, тем больше устойчивость. Соответственно установка дополнительных продольных стержней, особенно при сварном каркасе, уменьшает расчетную длину стержней поперечного армирования как минимум вдвое.
Примечание: выражение в данном пункте "имеющего размер, равный по высоте элемента расстоянию между этими стержнями, по ширине - половине ширины ребра элемента, но не более 200 мм" для меня тайна великая есмь. Причем в СНиПе этот пункт формулируется практически также. Предполагаю, что это как-то связано с балками таврового сечения, но утверждать не буду.
Кстати, пора поговорить о поперечном армировании.
Поперечное армирование
п.8.3.9: "Поперечную арматуру следует устанавливать исходя из расчета на восприятие усилий, а также с целью ограничения развития трещин, удержания продольных стержней в проектном положении и закрепления их от бокового выпучивания в любом направлении.
Поперечную арматуру устанавливают у всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная арматура."
Суть этого требования в том, что поперечная арматура никогда не помешает. И даже если по расчету не требуется, тем не менее будет способствовать более равномерному распределению напряжений в сечениях ж/б элемента.
Согласно п. 8.3.10 "...Диаметр поперечной арматуры в вязаных каркасах изгибаемых элементов принимают не менее 6 мм.
В сварных каркасах диаметр поперечной арматуры принимают не менее диаметра, устанавливаемого из условия сварки с наибольшим диаметром продольной арматуры."
Требования данного пункта, на мой взгляд очевидны и дополнительных комментариев не требуют. В том смысле, что арматуру диаметром 5 мм трудно приварить к арматуре диаметром 30 мм.
Согласно п. 8.3.11: "В железобетонных элементах, в которых поперечная сила по расчету не может быть воспринята только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,5 h0 и не более 300 мм.
В сплошных плитах, а также в часторебристых плитах высотой менее 300 мм и в балках (ребрах) высотой менее 150 мм на участке элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, поперечную арматуру можно не устанавливать.
В балках и ребрах высотой 150 мм и более, а также в часторебристых плитах высотой 300 мм и более, на участках элемента, где поперечная сила по расчету воспринимается только бетоном, следует предусматривать установку поперечной арматуры с шагом не более 0,75 h0 и не более 500 мм."
Тут тоже все более менее понятно и как бы уточнение п. 8.3.9.
А кроме того из этого пункта следует вывод, что даже если в сжатой зоне балки высотой более 150 мм по расчету продольная арматура не требуется, то по конструктивным требованиям ее следует установить. Иначе к чему вверху крепить поперечную арматуру, чтобы обеспечить удержание стержней в проектном положении при бетонировании и в процессе набора прочности бетона (имеются в виду сварные плоские каркасы)? При этом диаметр конструктивной продольной арматуры можно принимать в 1.5-2 раза меньше, чем расчетной продольной арматуры.
А в Пособии за этим следует следующий пункт (5.22): "Отогнутые стержни арматуры должны предусматриваться в изгибаемых элементах при армировании их вязаными каркасами. Отгибы стержней должны осуществляться по дуге радиусом не менее 10d. В изгибаемых элементах на концах отогнутых стержней должны устраиваться прямые участки длиной не менее 0,8lan, принимаемой согласно указаниям п.5.32, но не менее 20d в растянутой и 10d — в сжатой зоне.
Прямые участки отогнутых гладких стержней должны заканчиваться крюками.
Расстояние от грани свободной опоры до верхнего конца первого отгиба (считая от опоры) должно быть не более 50 мм.
Угол наклона отгибов к продольной оси элемента следует принимать в пределах 30 - 60°, рекомендуется принимать угол 45°."
Как выглядит такой отгиб, можно посмотреть все на том же рис. 401.1 г). А еще смысл этого пункта в том, что если вы делаете вязаный каркас, то обрыв арматуры, не доводимой до грани опоры, рассчитывать вовсе не обязательно. Достаточно выполнить требования данного пункта. И кроме того из этого пункта следует, что вязанные каркасы для балок с 2 стержнями в нижней растянутой зоне нежелательны, надежнее делать для балок сварные каркасы.
Согласно п. 8.3.14: "В элементах, на которые действуют крутящие моменты, поперечная арматура (хомуты) должна образовывать замкнутый контур."
Как правило крутящие моменты могут возникать в перемычках наружных стен и прочих балках, к которым нагрузка приложена не по центру тяжести сечения. А потому для таких элементов лучше использовать поперечную арматуру согласно указанному пункту, даже если расчет на действие крутящих моментов не проводился.
8.3.15 Поперечную арматуру в плитах в зоне продавливания в направлении, перпендикулярном сторонам расчетного контура, устанавливают с шагом не более 1/3 h0 и не более 300 мм. Стержни, ближайшие к контуру грузовой площади, располагают не ближе h0/3 и не далее h0/2 от этого контура. При этом ширина зоны постановки поперечной арматуры (от контура грузовой площади) должна быть не менее 1/5 h0.
Расстояния между стержнями поперечной арматуры в направлении, параллельном сторонам расчетного контура, принимают не более 1/4 длины соответствующей стороны расчетного контура.
8.3.16 Расчетную поперечную арматуру в виде сеток косвенного армирования при местном сжатии (смятии) располагают в пределах расчетной площади Ab,max (6.2.43). При расположении грузовой площади у края элемента сетки косвенного армирования располагают по площади с размерами в каждом направлении не менее суммы двух взаимно перпендикулярных сторон грузовой площади (рисунок 6.11).
По глубине сетки располагают:
- при толщине элемента более удвоенного большего размера грузовой площади - в пределах удвоенного размера грузовой площади;
- при толщине элемента менее удвоенного большего размера грузовой площади -; в пределах толщины элемента.
8.3.17 Поперечная арматура, предусмотренная для восприятия поперечных сил и крутящих моментов, а также учитываемая при расчете на продавливание, должна иметь надежную анкеровку по концам путем приварки или охвата продольной арматуры, обеспечивающую равнопрочность соединений и поперечной арматуры.
Данные пункты пока оставляю без комментариев.
Возможно со временем я для большего удобства пользования разобью данные требования по категориям типа: "требования при армировании плит и балок сварными каркасами из арматуры периодического профиля", "требования при армировании плит и балок вязаными каркасами". А может и будут отдельные категории для балок и для плит, но пока некогда. | 
