Процент армирования железобетонных конструкций, таблица

Бетон способен выдерживать высокие нагрузки, однако при эксплуатации на ЖБК дополнительно влияют силы растяжения/сжатия. Для усиления проводят армирование железобетонных конструкций металлокаркасами, которые предотвращают растяжение и разрушение бетонных конструкций. Грамотное создание таких каркасов и их бетонирование для постройки дома предполагает правильный расчет армпрутов на 1 куб метр бетона.

Содержание

1. Параметры, определяющие расход
2. Нормативы расхода на куб бетона
3. Таблица расхода арматуры на 1м3 бетона бетонного фундамента
4. Расчет количества арматуры
5. Коэффициент армирования железобетонных конструкций
6. Расчет армпрутов для возведения ленточного фундамента
7.  Расчет для монолитного перекрытия и плитного фундамента
8.  Как рассчитать арматуру на фундамент столбчатой конструкции
9. Важность расчета арматуры для плит фундамента

Параметры, определяющие расход

При расчете необходимых стержней арматуры для укрепления ЖБК результат определяется следующими параметрами:

• Вид будущего здания. Стандарты армирования узаконены в ГОСТе и СНиПе.
• Габариты и давление постройки. При большей массе здания будет большая доля стальных стержней.
• Марка применяемого бетона. Более высокая марка имеет выше параметр сопротивления.
• Класс прутов. Прутья высокого класса обладают большим сопротивлением.

Данные параметры участвуют в расчетах количества арматуры на 1 м3 бетона фундамента для укрепления. Они определяют, сколько надо арматуры на фундамент.

Нормативы расхода на куб бетона

Согласно нормам армирования, наименьший процент армирования для железобетонных конструкций должен составлять минимально 0.1 %, а максимальный процент армирования может достигать 5%. В исключительных случаях данный параметр может достигать значения 10.

Норма армирования железобетонных конструкций составляет 0.5% — 3 % площади арматуры от поперечного сечения бетонной конструкции.

В соответствии с СП весовая норма армирования для железобетонных конструкций установлена в рамках 20 кг — 430 кг на м3 бетона.

Таблица расхода арматуры на 1м3 бетона бетонного фундамента

Здесь указан вес армпрутов, который необходим для армирования железобетонных конструкций в связи с процентным содержанием в сечении плиты.

Расчет количества арматуры

До начала строительства желательно заранее рассчитать, сколько надо арматуры на плиточный или ленточный фундамент. Можно оптимально подобрать арматурные пруты, марку и массу заливки, размеры фундамента. Предварительные правильные расчеты уберегут финансовые средства от перерасхода.

В то же время приобретать следует наиболее качественные виды стройматериалов для ЖБК. Фундамент – это основа всего будущего здания и залог его долголетней службы.

Коэффициент армирования железобетонных конструкций

Установленные сверхнормы арматурные стержни не улучшает функциональность конструкции. При составлении схемы усиления учитывают контрольный параметр: коэффициент армирования на 1 м3 бетона, отражающий процентное отношение общей площади торцов прутов к площади поперечного сечения конструкции, которую они будут упрочнять.

Где искать процент армирования для железобетонных конструкций? В первую очередь минимальный процент армирования стоит посмотреть в таблице 16 «Руководства по конструированию ЖБК», в которой указаны минимальные проценты армирования всех типов армэлементов:

В таблице буквой А обозначена площадь сечения продольной арматуры у растянутой стороны фундамента, А’ – площадь возле сжатой стороны.

Данный параметр позволяет выяснить целесообразность схемы. В среднем для 1 кубического метра бетона должно приходиться примерно 60 кг арматурных прутьев. Если коэффициент армирования железобетонных изделий показывает на неверное использование металлостержней, то проектировщику придется поменять конфигурацию поперечного сечения или схему укрепления.

Таблица наименьшего процента армирования железобетонных конструкций в зависимости от типа армизделий и от класса применяемого бетона.

Можно двумя способами рассчитать, сколько надо арматуры на фундамент:

1. С помощью онлайн-калькуляторов, указав все нужные параметры: длину, ширину, высоту и тип фундамента и т. п. Однако, такие программы не учитывают все реальные обстоятельства объекта, поэтому все равно придется провести вручную некоторые расчеты.
2. Самостоятельно, зная информацию о размерах фундамента, классе бетона и величине нагрузки.

Согласно техническим требованиям СП 63 13330 2012 бетонное основание должно снабжаться минимум 2-мя слоями соединенных сеток армирования. Они создаются соединением стержней вязкой внахлест. Такое решение предпочитается в сегменте частного домостроении, а в промышленных масштабах строительства в основном применяются стальные прутья более высокого класса со сварочным соединением.

Однако, в каждой конкретной ситуации требуется провести индивидуальные вычисления. Найти процент армирования можно следующими двумя действиями:

1. вес армкаркаса следует разделить на массу заливки;
2. множить результат от деления на 100.

Данная формула подходит, чтобы рассчитать арматуру на фундаментную плиту, балку, стену, колонну.

Расчет армпрутов для возведения ленточного фундамента

Для лучшего понимания, как рассчитать арматуру на ленточный фундамент, алгоритм будет рассматриваться на примере.

Сначала рассчитаем расход арматуры на 1м3 бетона для усиления фундамента глубиной 1.1 метра, шириной 0,4 метра. В продольном армировании будут использоваться 14 прутов с сечением 12 мм, в поперечном – прутья диаметром 8 мм в качестве хомутов с шагом 30 см и соединяющие вертикальные прутья с 60-сантиметровым шагом.

Алгоритм расчета:

1. Вычисляется площадь поперечного сечения ленты: 110 Х 40 = 4400 кв.см.
2. Определяется площадь арматуры в поперечном сечении продольных прутьев: 14 Х 1.131 = 15.834 кв.см.
3. Находится процент содержания продольных прутьев согласно формуле: 15.834 : 4400 Х 100 = 0.359863%, что приблизительно равно 0.36 %.
4. В таблице расхода берутся значения из первой строчки и узнается вес продольной арматуры в кубометре бетона: 0.36 : 0.1 Х 7.85 = 28.26 кг.
5. На изготовление хомута понадобится 3 метра армпрута с диаметром 8 мм и массой 0.395 кг в одном метре арматуры. На 1 м³бетона фундамента пойдет 7 зажимов общим весом: 7 Х 0. 395 = 2.765 кг.
6. Вычисляется вес 4 соединительных поперечных прутьев 50-сантиметровой длины с диаметром 8 мм: 4 Х 0.5 Х 0.395 = 0.79 кг.
7. Рассчитывается, сколько весят армпрутья в 1 м³бетона для ленты, сложив результаты 4, 5 и 6 действий: 28.26 + 2.765 + 0.79 = 31.806 кг.

Зная расход арматуры на 1 м³ бетона и объем всей необходимой бетонной заливки, можно рассчитать общую массу стали, необходимой для усиления всего фундамента.

Дополнительно нужно не забыть рассчитать перехлесты армстержней, число элементов по укреплению углов.

 Расчет для монолитного перекрытия и плитного фундамента

Расчет разбирается на примере монолитного перекрытия высотой 20 cм, потому что это распространенная высота плит. Шаг армсетки 200 Х 200 мм, диаметр стержней 10 мм, дополнительные элементы для усиления выполняются из прутов диаметром 14 мм с шагом 200 мм.

Чтобы рассчитать арматуру на плиту, необходимо выполнить действия:

1. На 1 м2 монолитного перекрытия тратится 20 метров прутьев для связывания обоих слоев.
2. 1 м³бетона в плите занимает 5 кв.м площади, следовательно для вязки сеток понадобится 5 Х 20 = 100 метров прутов.
3. Вычисляется масса продольной арматуры для монолитного перекрытия. Масса метра арматуры 10 мм составляет 0.617 кг, тогда расход арматуры на 1 м2 монолитного перекрытия равен 100 Х 0.617 = 61.7 кг,
4. Для добавочных усилений потребуется 50 м прутов с диаметром 14 мм, один метр которых весят 1.21 кг. Тогда их общий вес равен 50 Х 1.21 = 60.5 кг.
5. На стальные каркасы, U-образные элементы потребуется 20 м металлических 10-миллиметровых стержней. Их общий вес будет равен 20 Х 0.617 = 12.34 кг.
6. После сложения результатов 3, 4 и 5 действий получается значение массы прутов в 1 м³бетона монолитного перекрытия: 61.7+60.5+12.34 = 134.54 кг.

Для окончательного расчета следует учесть расход для укрепления мест стыков со стенами, усиления в области нагрузок и другие элементы.

Расчет арматуры для плиты фундамента будет идентичным, но с поправкой на повышенную частоту укладки продольной арматуры в нижней части фундаментной плиты.

Важно! В монолитном перекрытии рабочая арматура с более частым шагом размещается внизу плиты. В фундаментной плите рабочая арматура размещается вверху плиты.

Важно! Если на плиту фундамента опираются стены, то на участках упора создается напряжение и армирующие элементы укладываются частым шагом и вверху, и внизу плиты. Это же касается и монолитной плиты перекрытия только в обратном порядке.

 Как рассчитать арматуру на фундамент столбчатой конструкции

Для примера рассчитывается расход стали для колонны с квадратным основанием 200 Х 200 мм. Используются 4 армпрута А500С с сечением 16 мм, а для поперечного укрепления — армпрута А240 с сечением 8 мм.

Алгоритм расчета:

1. Вычисляется площадь основания колонны: 20 Х 20 = 400 кв.см. Для данного сечения кубометр бетона по длине составит 11 м.
2. Общая площадь поперечного сечения армпрутьев будет равна: 4 Х 2.01 = 8.04 кв.см.
3. Вычисляется процент содержания продольных прутьев: 8.04 : 400 Х 100 = 2.01%.
4. Рассчитывается масса прутов: 2.01 : 0.1 Х 7.85 = 157.785 кг.
5. На 11-метровую колонну с шагом 25 см потребуется 45 хомутов.
6. На изготовление 1 хомута тратится 1 метр армстержня диаметром 8 мм и массой 0.395 кг. Следовательно, всего для куб бетона потребуется 45 Х 0.395 = 17.775 кг прутьев в качестве хомутов.
7. Сложив результаты 5 и 6 действий, станет известен общий вес стали для укрепления 1 кубометра колонны: 157.785 +17.775 = 175.56 кг.

В конкретном случае следует рассчитывать отдельно, учитывая нагрузки на колонну, от чего зависит минимальный процент армирования и количество арматуры на 1 м3 бетонной колонны.

К сведению! Для фундаментов под деревянные постройки и для плитных фундаментов, сооружаемых на плотных грунтах, используются армпруты из стали с минимальным диаметром 10 мм. Фундаменты под кирпичные или блочные дома армируются прутьями с диаметром 14 — 16 мм. Общепринятый шаг прутов 200 мм.

Важность расчета арматуры для плит фундамента

Правильно вычислить необходимую массу и метраж армстержней для любой конструкции важно с точки зрения долговечности будущего здания, устойчивости и безопасности людей, которые будут там находиться.

Внимательный расчет с учетом всех необходимых элементов армирования, их грамотное соединение позволит соорудить прочную надежную основу на века.

Процент армирования железобетонных конструкций – минимальный и максимальный

Архив рассылки «Непрошеные советы» для начинающих проектировщиков. Выпуск № 14.

Здравствуйте!

В очередном выпуске непрошенных советов я хочу поговорить о проценте армирования в железобетонных конструкциях.

Обычно, чтобы не попасть впросак, начинающие проектировщики стараются свериться с данными по допустимому проценту армирования железобетона. С минимальным процентом все просто: есть таблица 47 (38) в Пособии по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона плюс важные примечания под этой таблицей – этих данных достаточно, чтобы недоармирования не произошло.

Но что же делать с переармированием? Ведь нигде не пишется, какой максимум арматуры может быть в бетоне. Разобраться с этим вопросом поможет здравый смысл и требования по конструированию, с них мы и начнем.

Чтобы конструкция была надежной не только на бумаге, нужно расположить арматуру так, чтобы бетонирование было качественным. Для этого нужно всегда соблюдать требования по минимальному расстоянию между стержнями арматуры (см. п.п. 5.38 – 5.41 того же пособия). Только тогда бетон надежно заполнит пространство между стержнями, сцепление с арматурой будет надежным, а конструкция – прочной. Также нужно обращать особое внимание на расположение стержней в местах нахлестки, т.к. арматуры там в два раза больше, и ее нужно расположить так, чтобы выполнялось требование по минимальному расстоянию в свету между стержнями (50 мм – для монолитных колонн, например). Не лишним также будет обращать внимание на реальный диаметр стержней периодической арматуры (с учетом выступов и ребер), особенно в стесненных условиях. Выполняя эти конструктивные требования, вы сделаете первый шаг к тому, чтобы не переармировать конструкцию.

Второй шаг – это учет расположения арматуры в расчете. На первый взгляд, можно разогнаться и уложить арматуру в несколько рядов – сечение по расчету проходит, почему бы не попробовать? Этот соблазн особенно для тех, кто считает в программах и не чувствует зависимости результатов расчета от расположения арматуры в сечении. Да, в балках руководство по конструированию допускает расположение арматуры в несколько рядов (см. рисунок 84), в колоннах – не рекомендуется.

Из рисунка мы видим, что процент армирования в балке можно значительно увеличить. Но при этом, как всегда, всплывает одно «но»: рабочая высота сечения h₀, которая имеет большое значение при определении итогового армирования для каждого последующего ряда арматуры значительно уменьшается. И это оказывает прямое влияние на искомую площадь арматуры, т.к. она пропорциональна рабочей высоте сечения: As=(ξbh₀R_b)/R_s+As’ (формула 25 Пособия по проектированию бетонных и железобетонных конструкций к СНиП 2.03.01-84).

Поэтому всегда советую обращать внимание при расчете балок на то, в сколько рядов в итоге будет уложена арматура. Если в начале предполагался один ряд и h₀ была соответствующей, а в итоге арматуры получилось столько, что в один ряд она не поместится, то нужно обязательно пересчитать армирование с уточнением рабочей высоты сечения – очень часто это дает увеличение площади арматуры.

Еще из рисунка видны четкие требования к расстоянию в свету между стержнями арматуры. Это обусловлено тем, что заполнитель в бетоне – щебень разных фракций, и густо расположенная арматура не должна помешать качественному бетонированию. Всегда нужно обращать внимание на это требование, чтобы не попасть впросак.

В итоге, по балкам мы имеем как минимум два ограничивающих процент армирования требования: расстояние между стержнями и рабочая высота сечения арматуры (т. е. ограничения в самом расчете). И если соблюдать эти требования, переармировать конструкцию будет не возможно.

В Руководстве по конструированию, на которое я уже не раз ссылалась, Вы найдете конструктивные требования к расположению арматуры в любых типах железобетонных конструкций. Если их тщательно соблюдать, Ваши конструкции всегда будут заармированы, как следует, и о проценте армирования беспокоиться будет не нужно.

Удачного Вам освоения нашей непростой профессии!

С уважением, Ирина.

Расчет железобетонных колонн

в соответствии с ACI 318-14 в RFEM

При использовании стержней RF-CONCRETE возможен расчет бетонных колонн в соответствии с ACI 318-14. Точное проектирование сдвига бетонной колонны и продольного армирования важно для обеспечения безопасности. В следующей статье будет подтвержден расчет арматуры в элементах RF-CONCRETE с использованием пошаговых аналитических уравнений в соответствии со стандартом ACI 318-14, включая требуемую продольную стальную арматуру, общую площадь поперечного сечения и размер/расстояние между связями.

Анализ бетонной колонны

Бетонная колонна с армированной квадратной стяжкой рассчитана на осевую постоянную и постоянную нагрузку в 135 и 175 тысяч фунтов соответственно с использованием конструкции ULS и комбинаций нагрузок с учетом LRFD в соответствии с ACI 318-14 [1], как показано на рисунке. 01. Бетонный материал имеет предел прочности при сжатии f’ _c , равный 4 тысячам фунтов на квадратный дюйм, а арматурная сталь имеет предел текучести f _y , равный 60 тысячам фунтов на квадратный дюйм. Процент стальной арматуры изначально принимается равным 2%.

Pисунок 01 — Бетонная колонна — Вид фасада

Расчет размеров

Для начала необходимо рассчитать размеры поперечного сечения. Квадратная анкерная колонна предназначена для регулирования сжатия, поскольку все осевые нагрузки строго сжимаются. По таблице 21.2.2 [1] коэффициент снижения прочности Φ равен 0,65. При определении максимальной осевой прочности используется таблица 22. 4.2.1 [1], в которой коэффициент альфа (α) установлен равным 0,80. Теперь расчетная нагрузка P _u можно рассчитать.

P _u = 1,2 (135 тыс.) + 1,6 (175 тыс.)

Исходя из этих коэффициентов, P _u равно 442 тысячам фунтов. Далее, общее поперечное сечение A _г может быть рассчитано с использованием уравнения. 22.4.2.2.

P _U = (φ) (α) [0,85 F ‘ _C (A _G — _ST ) + F _Y A _ST ]

442K = (0,65) (0,807 ) [0,85 (4 тысячи фунтов стерлингов) (A _г — 0,02 A _г ) + ((60 тыс.фунтов/кв.дюйм) (0,02) A _g )]

Решая для A _g , получаем площадь 188 в ² . Квадратный корень из A _g берется и округляется, чтобы получить поперечное сечение 14 x 14 дюймов для колонны.

Требуемая стальная арматура

Теперь, когда A _g установлена, площадь стальной арматуры A _st можно рассчитать по уравнению 22. 4.2.2, подставив известное значение A _г = 196 в ² и решив

442k = (0,65) (0,80) [0,85 (4 тысячи фунтов) (196 in ² — A _st ) + ((60 ksi) (A _st ))]

Решение для A _st дает значение 3,24 в ² . Отсюда можно найти количество брусков, необходимое для проектирования. Согласно разд. 10.7.3.1 [1] квадратная соединительная колонна должна иметь не менее четырех стержней. На основании этих критериев и минимальной требуемой площади 3,24 по ² (8) для стальной арматуры используются стержни № 6 из Приложения А [1]. Это обеспечивает зону армирования ниже.

A _St = 3,52 дюйма ²

Выбор галстука

Для определения минимального размера галстука требуется разд. 25.7.2.2 [1]. В предыдущем разделе мы выбрали продольные стержни № 6, которые меньше, чем стержни № 10. Основываясь на этой информации и разделе, мы выбираем № 3 для галстуков.

Расстояние между стяжками

Для определения минимального расстояния между стяжками мы обращаемся к разд. 25.7.2.1 [1]. Стяжки, состоящие из деформированных стержней с замкнутой петлей, должны иметь расстояние, соответствующее пунктам (а) и (б) настоящего раздела.

(a) Расстояние в свету должно быть равно или больше (4/3) d _agg . Для этого расчета мы примем совокупный диаметр (d _agg ) равным 1,00 дюйма.

(b) Межцентровое расстояние не должно превышать минимум 16d _b диаметра продольного стержня, 48d _b поперечного сечения или наименьшего размера элемента.

с _Макс. = Мин. (16d _b , 48d _b , 14 дюймов)

16d _b = 16 (0,75 дюйма) = 12 дюймов

48d _{(48d ) = 18 дюймов}

Расчетное минимальное расстояние между стяжками в чистоте равно 1,33 дюйма, а рассчитанное максимальное расстояние между стяжками равно 12 дюймам. Для этой конструкции максимальное значение расстояния между стяжками составляет 12 дюймов.

Проверка детализации

Теперь можно выполнить проверку детализации для проверки процента армирования. Требуемый процент стали должен составлять от 1% до 8% в соответствии с требованиями ACI 318-14 [1]. 92}\;=\;0,01795\;\cdot\;100\;\;=\;1,8\%$ ОК.

Расстояние между продольными стержнями

Максимальное расстояние между продольными стержнями можно рассчитать на основе расстояния между крышками и диаметра анкерных и продольных стержней.

Максимальный шаг продольных стержней:

$\frac{14\;\mathrm{дюйм}.\;-\;2\;(1,5\;\mathrm{дюйм}.)\;-\;2\;( 0,375\;\mathrm{дюйм}.)\;-\;3\;(0,75\;\mathrm{дюйм}.)}2\;=\;4,00\;\mathrm{дюйм}.$

4,00 дюйма … меньше 6 дюймов, что требуется в соответствии с 25.7.2.3 (a) [1]. ХОРОШО.

Минимальное расстояние между стержнями в продольном направлении можно рассчитать с помощью ссылки на 25.2.3 [1], в которой указано, что минимальное расстояние в продольном направлении для колонн должно быть не меньше наибольшего из значений от (a) до (c).

(a) 1,5 дюйма

(b) 1,5 d _b = 1,5 (0,75 дюйма) = 1,125 дюйма

(c) (4/3) d _b = (4/3) ( 1,00 дюйма) = 1,33 дюйма

Следовательно, минимальное продольное расстояние между стержнями равно 1,50 дюйма. .2 [1]. Это будет равно наибольшему из (a) или (b), рассчитанному ниже.

(a) $ {\ mathrm L} _ {\ mathrm {dc}} \; = \; \ влево (\ frac {\ displaystyle {\ mathrm f} _ {\ mathrm y} \; \ cdot \; { \ mathrm \ psi} _ {\ mathrm r}} {\ displaystyle50 \; \ cdot \; \ mathrm \ lambda \; \ cdot \; \ sqrt {\ mathrm f’\; \ cdot \; \ mathrm c}} \ справа) \;\cdot\;{\mathrm d}_{\mathrm b}\;=\;\left(\frac{\displaystyle\left(60,000\;\mathrm{psi}\right)\;\cdot \;\left(1.0\right)}{50\;\cdot\;\left(1.0\right)\;\cdot\;\sqrt{4000\;\mathrm{psi}}}\right)\;\ cdot\;\left(0.75\;\mathrm{in}.\right)\;=\;14.23\;\mathrm{in}.$

(b) $ {\ mathrm L} _ {\ mathrm {dc}} \; = \; 0,0003 \; \ cdot \; {\ mathrm f} _ {\ mathrm y} \; \ cdot \; {\ mathrm\psi}_{\mathrm r}\;\cdot\;{\mathrm d}_{\mathrm b}\;=\;0,0003\;\cdot\;(60000\;\mathrm{psi})\ ;\cdot\;(1.0)\;\cdot\;(0,75\;\mathrm{in}.)\;=\;13,5\;\mathrm{in}.$

В этом примере (a) равно большее значение, поэтому L _dc = 14,23 дюйма

Ссылаясь на 25. 4.10.1 [1], длина развертывания умножается на отношение требуемой стальной арматуры к имеющейся стальной арматуре. 92}\right)\;=\;0,65\;\mathrm{ft}$.

Усиленная квадратная анкерная колонна полностью спроектирована, ее поперечное сечение можно увидеть ниже на рис. 02.

Pисунок 02 — Железобетонная колонна — Расчет арматуры/размеры

Сравнение с RFEM

Альтернативой для расчета квадратной анкерной колонны вручную является использование дополнительного модуля RF-CONCRETE Members и выполнение расчета в соответствии с ACI 318-14 [1]. Модуль определит необходимое армирование, чтобы выдержать приложенные к колонне нагрузки. Кроме того, программа также спроектирует предоставленную арматуру на основе заданных осевых нагрузок на колонну с учетом требований стандарта к расстоянию. Пользователь может вносить небольшие коррективы в предоставленную компоновку армирования в таблице результатов.

На основе приложенных нагрузок для этого примера компания RF-CONCRETE Members определила требуемую площадь продольной арматуры 1,92 в ² и предусмотренную площадь 3,53 в ² . Длина разработки, рассчитанная в дополнительном модуле, равна 0,81 фута. Расхождение по сравнению с длиной разработки, рассчитанной выше по аналитическим уравнениям, связано с нелинейными расчетами программы, включая частный коэффициент γ. Коэффициент γ представляет собой отношение предельной и действующей внутренних сил, взятое из программы RFEM. Длина разработки в элементах RF-CONCRETE находится путем умножения обратного значения гаммы на длину, определенную из 25.4.9..2 [1]. Дополнительную информацию об этом нелинейном расчете можно найти в справочном файле RF-CONCRETE Members, указанном ниже. Это армирование можно увидеть на рисунке 03.

Pисунок 03 — Элементы RF-CONCRETE — Предусмотренная продольная арматура

Предусмотренная сдвиговая арматура для элемента в рамках RF-CONCRETE Members была рассчитана как (11) стержней № 3 с шагом (s) 12 дюймов. Схема предоставленной поперечной арматуры показана ниже на рисунке 04.

Pисунок 04 — Элементы RF-CONCRETE — Предусмотренная арматура на сдвиг

Минимальное армирование в бетонных конструкциях и нестабильность материала/конструкции