Расчет арматуры

Чтобы железобетонные и армокаменные конструкции могли нести нагрузки, их армируют. Арматура добавляет жесткость ж/бетонным элементам и кладке, при этом увеличивается их прочность. Какой процент армирования должен быть, чтобы конструкции могли считаться ж/бетонными или армокаменными? Сколько для этого потребуется арматуры и какого диаметра?

Это определит расчет арматуры для:

• ж/бетонного ленточного фундамента;

• плитного фундамента;

• армокаменных конструкций.

Железобетонный ленточный фундамент

Расчет продольной арматуры и поперечных хомутов для ленточного фундамента делаем по СП № 52/101 п. 8/3.

Ж/бетонный ленточный фундамент можно рассматривать, как балку, длина которой равна стороне дома. Чем больше ее длина, тем она гибче. Ее гибкость зависит от отношения длины к высоте сечения и от вида нагрузки. Для сечений прямоугольной формы, а у разреза балки форма прямоугольника, норматив рекомендует:

•  если отношение длины ленты к высоте сечения (гибкость) меньше 5, то процентное содержание арматуры 0,1 %. Этот процент берется от площади сечения балки. Еще в нормативе указано, что для изгибаемых элементов гибкость 17. По интерполяции будем определять гибкость от 5 до 17.
•  если балка протяженная и отношение её длины к высоте сечения 25, то армировать нужно плотнее, процент увеличивают до 0,25 %.

Для примера: сторона фундаментной балки 8 метров, её ширина 0,4 метра, а высота заложения 0,8 метров. 

Определим гибкость балки: 8 / 0,8 = 10. Гибкость равна 10, поэтому процент армирования принимаем 0,1 %.

Найдем площадь сечения балки: 800 * 400 = 320000 мм².

Общая площадь сечений продольного арматурного усиления 0,1 % от 320000 мм².

320000 * 0,1 % / 100 % = 320 мм²

По сортаменту ГОСТа для стального проката определяем диаметр и количество стержней. Выходит 4 продольных стержня диаметром 11 мм, площадь каждого 95 мм².

Площадь этих 4 стержней 380 мм2, что немного больше нужных 320 мм². Но если взять диаметр 10, то процент армирования выйдет меньше, чем 0,1 %. При таких условиях элемент не будет считаться ж/бетонным.

Чтобы получить общий метраж арматуры, умножим длину фундаментной балки на 4. 8 * 4 = 32 метра. При монтаже стержней стыки соединяют с нахлестом, поэтому к 32 метрам прибавляет еще 10%, выходит 35,2 м. 

По сортаменту ГОСТа находим общий вес 35,2 * 0,746 кг/м = 26,3 кг.

Диаметр поперечных хомутов по СП 52/101:

• берут из расчета 0,25 от наибольшего d продольных стержней, но не менее 6 мм;
• должен отвечать условиям сварки с продольными стержнями, диаметр которых намного больше.

По нормативам шаг поперечных хомутов 300 мм. Чтобы подсчитать общий метраж проволоки для хомутов, нужно вычислить ее длину для одного хомута. Замет умножить ее на количество хомутов.

На фундаментном каркасе балки 8 метров их будет 27 штук.

Ширина хомута будет меньше ширины балки на два защитных слоя бетона (с двух сторон). По СП для условий в грунте слой бетона равен 40 мм * 2 = 80 мм. Значит ширина хомута 400 - 80 = 320 мм. Его длина равна глубине заложения фундамента за вычетом двух защитных слоев бетона. Длина хомута 800 мм - 80 мм = 720 мм.

Вычислим общую длину хомутов: (320 * 2 + 720 * 2) * 27 штук = 56160 мм или 56,13 м. Добавим 10 % на нахлесты при соединении, получим 61,7 м.

Проволока диаметром 6 мм весит 0,222 кг/м. Умножим и узнаем общий вес проволоки на хомуты: 61,7 * 0,222 = 13,7 кг. 

Добавим конструктивное армирование 0,025 %. Его монтируют:

• там, где сечение фундаментной балки меняется;
• под опорами;
• в угловых или т-образных местах сопряжения с другой балкой.

В результате выходит для балки длиной 8 метров нужно:

• продольных стержней диаметром 11 мм 35,2 м или 26,3 кг;
• проволоки диаметром 6 мм для хомутов 61,7 м или 13,7 кг.
• 0,025 % на конструктивное армирование.

Расчет арматуры фундаментной плиты

Такие конструкции, как плитный фундамент и полы по грунту рассчитывают по одному принципу.

Пример: Рассчитаем плотность армирования, вес, количество стержней в плите 9 х 9 метров высотой 0.25 м.

1. Определяем гибкость бетонной плиты, она равна отношению длины к высоте: 9 / 0,25 = 36. По СП разд. 8.3.4 % армирования будет 0,25 % от S сечения плиты.

2. Площадь сечения:

• плиты 9000 * 250 = 2 250 000 мм2;
• стержней 2 250 000 * 0,25 % / 100 % = 5625 мм2.

1.  Определяем нужный диаметр 11 по площади одного стержня равной 95,0 мм2. Данные берем в ГОСТе (прокат, сортамент).
2. Находим количество стержней: 5625 мм2 / 95,0 мм2 = 60 штуки (округляем в большую сторону).
3. Высота плиты 250 мм, поэтому армирование в 2 ряда. В каждом ряду будет 60 / 2 = 30 штуки.
4. По СП 52/101 разд. 3.6, если плита больше 15 см, то шаг между стержнями равен 1,5 х h (высота плиты), но не больше 400 мм.
5. Шаг равен 9000 / 30 = 300 мм.

У фундамента форма квадрата, поэтому для поперечных стержней расчет будет такой же. Их тоже будет 60 штук, установленные в 2 ряда с шагом 300 мм.

Всего для продольного и поперечного направлений выйдет 120 штук. Их общая длина: 120 * 9 = 1080 м. Их общий вес: 1080 * 0,746 кг = 805,7 кг.

К общему весу нужно добавить конструктивное усиление 0,025 %. Его монтируют:

• в местах, где меняется геометрия сечения;
• на участках сконцентрированных сил продавливания; 
• по границам, там устанавливают хомуты для крепления сеток. 

Расчет арматуры для армокаменных конструкций

Рассчитаем количество продольной арматуры для кладки стены в полтора кирпича шириной 380 мм.

Для этого СП 15.13330 предлагает формулу:

Латинское Мю означает плотность армирования по ГОСТу.

процент армирования кладки. Если он ниже 0,1 %, то кладка не рассчитывается, как армокаменная;

As - суммарная S сечений стержней;

Ak - S кладки.

Определим Ak кладки. Высота: 5 рядов кирпичей по 6,5 см составит 32,5 см. Плюс ширина 4-х швов 6,4 см. В сумме высота кладки 38,9 см

Ширина кладки 380 мм. Ak = 38,9 * 38 = 1478,2 см2

Определим As. По ГОСТ 34028 сечение одного проката с диаметром 5 мм равна 0,196 см2.

Зададим для кладки 9 стержней и определим, будет ли она с таким количеством штук считаться армокаменной?

 As равна 9 * 0,196 = 1,764 см2.

Процент армирования по объему = 1,764 / 1478,2 * 100 = 0,12%. Плотность выше, чем 0,1 %, поэтому такую кладку рассчитывают как армированную.

Расчет армирования кладки сетками с квадратными ячейками. 

Тот же СП для расчета дает формулу:

С размер квадратных ячеек, зададим 10 см;

S расстояние между рядами сеток 15 см

Подставим данные в формулу и узнаем чему равно .

 0,196 см2 * 2 / (10 * 15) * 100 = 0,26 %.

Процент армирования выходит больше, чем 0,1 %, поэтому кладку рассчитывают как армокаменную.