Співвідношення бетону та арматури при зведенні залізобетонних конструкцій

Для будівництва будинків із залізобетонними конструкціями (стіни, перекриття, колони), які зазвичай схильні до високих навантажень, використовується бетон з достатньою міцністю. Вимоги до бетону для будівництва залізобетонних конструкцій досить високі.

Завдяки бетону та правильній схемі армування термін служби стрічкового фундаменту становить 150 років.

Заощаджувати на бетонних сумішах у таких випадках абсолютно недоцільно.

Для зведення фундаментів житлових будинків та інших конструкцій рекомендується використовувати бетонні суміші марки М 300 і вище з додаванням тільки піску. Якщо в бетоні будуть використані інші компоненти, це значно послабить його структуру. Особливу увагу в цьому питанні потрібно звернути на відсутність різних олій та солей.

Основні вимоги

Схема конусу бетонної суміші.

для отримання якісного бетону найкраще використовувати цемент, пісок та щебінь у співвідношенні 1/3:4/3:4/3, щоб співвідношення цементу до загальної маси було на 1/8:1/9;
необхідно досягти максимальної однорідності бетону, чого не отримати простим ретельним його розмішуванням. Для отримання однорідної бетонної суміші потрібно дотримуватися певної технології: при додаванні бетонної суміші у воду (а не навпаки) утворюється безліч грудочок і цілісна структура матеріалу не витримується. Крім того, дуже бажано використовувати будівельний вібратор, робота якого забирає всі порожнечі в цементній суміші, що покращує якість бетону на кілька порядків;
Ще однією ознакою якісного бетону є монолітність. Ця якість характерна для бетонних конструкцій, елементи яких застигли одночасно.Якщо застигання проходить у різні періоди часу, конструкція не буде монолітною, що призведе до зниження її якості та стійкості. Особливо важливою є монолітність при створенні важливих стратегічних споруд. У такому разі у складі бетонної суміші використовуються спеціальні речовини – пластифікатори. Результатом їх використання є пізніше застигання бетонної суміші, що збільшує монолітність споруди;
Для будівництва фундаментів або монолітних конструкцій бажано використовувати бетон, що виробляється в заводських умовах. Лише такі бетонні суміші проходять перевірку якості;
необхідно правильно доглядати бетон в період його застигання. Головною умовою для цього є дотримання температурного режиму бетону, що тільки застиг. До його повного застигання потрібно підтримувати температуру на рівні 23 про С. Якщо температура навколишнього повітря вища за цю межу, бетон можна поливати водою або укрити матеріалами, що не пропускають сонячне світло. Якщо ж температура опускається нижче оптимальної межі, необхідно застосування теплових гармат, зовнішніх утеплювачів або постійного електричного струму.

Тільки за дотримання цих правил можна бути впевненим у високій якості отриманого бетону.

Застосування

До кожного типу фундаменту застосовується окремий вид арматури.

Для того щоб уникнути вигинів та розтягування, які характерні для бетонних конструкцій, необхідно застосування арматури. Це будівельний матеріал, виготовлений із чорного металопрокату, який використовується для зведення залізобетонних конструкцій. Арматура, що створює каркас бетонної конструкції, надає їй міцності та цілісності, запобігаючи утворенню тріщин і перекосів при експлуатації об'єкта.Розрізняється за своїми технічними характеристиками для застосування в різних залізобетонних конструкціях. І хоча основою для виготовлення є вуглецева сталь високої якості, застосування різних добавок та хімічних речовин змінює її властивості. Традиційними способами виготовлення є гарячепрокатний спосіб та метод холодної деформації. Отримана арматура проходить різну обробку, наприклад термічну або термомеханічну, що дозволяє зміцнити її. В результаті всіх маніпуляцій виходить стрижнева арматура, що має задану довжину, або дротяна арматура, яка поширюється в мотках.

Різні характеристики визначають застосовність у різних умовах. Вимоги до арматури не менш високі, ніж вимоги до бетону. Гладка арматура з рівною поверхнею та правильним колом у перерізі використовується для створення нескладних конструкцій із малим об'ємом бетону. Її перевагою є нижча вартість, порівняно з рифленою арматурою. Рифлена арматура характеризується поздовжніми і поперечними виступами і ребрами. Вони розташовані під кутом у гвинтовому розташуванні вздовж стрижня. Рифлена поверхня підвищує ступінь її адгезії з бетонною сумішшю. Застосування рифленої необхідно у складних конструкціях із значними обсягами бетону. Різна висота ребер та виступів має змінює ступінь адгезії, сприяю максимально надійному зчепленню 2-х матеріалів. Висока адгезія сприяє монолітності одержаної конструкції. Усього виділяється 6 видів рифленої арматури, залежно від різних характеристик.

Розрахунок кількості

Товщину арматури для армування основи визначають розрахунковим шляхом.

Кількість арматури розраховується для кожного випадку окремо, тому що воно залежить відконфігурації конструкції та навантажень, які будуть на неї діяти. Залежно від конструкції, що виготовляється, використовуються різні коефіцієнти армування, тобто співвідношення кількості арматури до обсягу бетону. Зрозуміло, що чим товстіша арматура, тим міцнішою буде споруда, проте варто враховувати недоцільність зайвого армування. Тому для кожної заданої умови будівництва підбирається оптимальний діаметр та співвідношення з бетонною сумішшю. Будинок на стійкому грунті не вимагає занадто потужного металевого каркаса для фундаменту, і, навпаки, якщо будинок важкий і розташований на грунті з низькою здатністю, що несе, то кількість стрижнів можна і потрібно збільшити.

Крім того, кількість арматури не завжди залежить від об'єму бетону, тому що для спорудження одного і того ж залізобетонного елемента, який буде використаний в різних умовах, потрібна різна кількість армуючих матеріалів. Так, співвідношення арматури до бетону в фундаменті відрізняється для різних видів: стрічкового, стовпчастого або плитного. Причому витрата арматури на однаковий обсяг бетону в таких конструкціях може відрізнятись на значну величину.

Вихідні дані для розрахунку

Розрахунок необхідної кількості проводиться виходячи з навантажень, що діють як на всю конструкцію в цілому, так і на кожен її елемент. Щоб уникнути деформацій та розтріскування, враховуються навантаження, сполучність та надійність матеріалів. Крім кількості лозин, враховується їх діаметр та рельєфність.

Відповідно, для обчислення співвідношення бетону та арматури потрібні такі параметри:

Розрахункові опори арматури.

тип фундаменту (плитний, стовпчастий або стрічковий);
тип ґрунту;
вагаконструкції;
площа та товщина фундаменту;
діаметр та клас прутів;
спирання конструкції.

Опирання обчислюється виходячи з видів будівельних матеріалів (цеглини, блоки), ширини та типу перекриття. Крім того, спирання також залежить від ширини та довжини прольоту. Якщо будинок або споруда стандартна, то величину спирання та габарити будівельних матеріалів можна знайти у СНІПах. Наприклад, для плитного фундаменту під легким дерев'яним будинком на міцних ґрунтах вимоги до бетонів знижуються, і використовуються армуючі прути діаметром до 10 мм. Якщо ж будинок важкий або розташований на слабкому грунті, товщину доводять до 14-16 мм з кроком перекриття рівним 20 см і використовують бетон вищої марки. Армують прути при цьому укладаються в 2 пояси: верхній та нижній. Якщо при цьому відомі площа та висота фундаменту, то розраховується метраж необхідної арматури, який потім можна перевести в об'єм та вагу, виходячи з класу армування.

Використання арматурної сітки вигідніше та надійніше.

Витрата збільшується, коли товщину залізобетонної конструкції зменшують, досягаючи її еластичності. Наприклад, при товщині бетону в 15 см, крок перекриття арматурних прутів складає вже 15 см. Якщо ж товщина бетону, навпаки, збільшується, армуючу решітку подвоюють, що надає додаткової міцності конструкції. Додаткове армування використовують також у тих місцях, де є додаткове навантаження чи напруга. У такій ситуації доцільніше використовувати не сітку, а стрижні, довжина та діаметр яких залежить від додаткових навантажень.

В ідеальному випадку для розрахунку обсягу арматури вираховується загальний обсяг бетону, який виходить шляхом перемноження довжини стін на висоту і товщину. Прицьому обсяг армування має бути не менше відсотка від загального обсягу бетонних конструкцій.

Зразкові норми витрати

Як уже говорилося раніше, обсяг армування безпосередньо залежить від характеристик бетону, добавок у ньому та умов виробництва. Відповідно, на кожен 1 м2 бетону припадає різна кількість арматури. Однак, для розрахунку зразкової кількості арматури в бетоні, використовуються стандарти, призначені для залізобетонних конструкцій:

Таблиця розрахунку навантаження.

Державні стандарти (ГОСТ).
Державні елементні кошторисні норми (ГЕСН).
Федеральні одиничні розцінки (ФЕР, засновані на ГЕСН).

Згідно з ГЕСН 81-02-06-2001 (табл.6-01-005), для влаштування фундаменту загального призначення знадобиться 1 т армуючих елементів на кожні 5 м² бетону.

ФЕР описують кожен тип конструкцій, що застосовуються в будівництві. Наприклад, при влаштуванні залізобетонних фундаментних плит зі склянками пазами і підколонниками до 2 м заввишки і до 1 м завтовшки витрата на кожен кубічний м бетонної суміші складе 187 кг (ФЕР06-01-001-17). Якщо в основі фундаменту використані плоскі конструкції, то витрата арматури знижується до 81 кг на 1 м² бетону (ФЕР06-01-001-16).

Якщо ж фундамент закладається для стратегічно важливих об'єктів, то, крім даних за обсягом арматури, що містяться у ФЕРах, використовуються ГОСТи 5781-82 та 10884-94, які містять інформацію про стрижневу та термомеханічно зміцнену арматуру для залізобетонних конструкцій.

Зразковий підрахунок

Армування плити перекриття.

Розглянемо створення бетонного перекриття (бетонна плита) під час будівництва багатоповерхового будинку. Враховуючи довжину перекриття, що дорівнює 10 м, довжинаармуючих лозин складає 9,8 м, так як за будівельними нормами арматура не повинна доходити до краю конструкції на відстань менше 10 см. Виходячи з товщини перекриття в 20 см, використовується арматурна сітка з осередками 15х15 см. Наведені дані дозволяють обчислити кількість необхідних лозин. Довжина армування ділиться на крок сітки і додається ще один прут (запасний): 980/15+1=65 шт. При ширині плити в 5 м, загальна довжина прутів для армування довжини становить 4,8 х65 = 312 м. Такі ж розрахунки проводяться для армування за шириною: 480/15 +1 = 33 шт., 9,8 х33 = 324,4 м. Загальна довжина використовуваної арматури складе 312 +323,4 = 635,4 м. Саме стільки арматурних лозин необхідно для створення міцної залізобетонної плити розміром 10х5 м, що використовується в перекриттях.