Количество арматуры на 1 м3 зависит от типа ЖБИ (плитный или ленточный фундамент, перемычки над проёмами, монолитное перекрытие) и условий его работы; класса металлопроката и марки бетона. Если речь идёт об основании, то ключевыми параметрами будут его вид, площадь здания, вес и нагрузки от его конструкций, грунт, сейсмоопасность в регионе и другие факторы, которые учитываются архитекторами при проектировании в каждом отдельном случае. Например, для ленты глубиной до 60 см каркас выполняют в двух уровнях, а при большем заглублении их количество увеличивают, располагая ряды с шагом 40 см.
Коэффициент армирования
Расчёт представляет собой сложную техническую задачу и по плечу только специализированной проектной организации. Он должен выполняться отдельно для различных типов ЖБ конструкций (балка, лента фундамента, колонна) и условий их работы. Например, для перекрытия средняя цифра расхода составляет около 110-120 кг/куб, а для колонн — до 350 кг на 1 м3.
Для количественной оценки пользуются коэффициентом армирования: μ = [Sa/(В∙Н)]∙100%, где:
Влияние конструкции
В строительных правилах имеются данные по минимальному проценту армирования для различных систем.
Коэффициент μmin для некоторых видов изделий, %:
| Тип | Марка В15-В22.5 |
| Фундамент плитный | 0,3 |
| Несущие перемычки над проёмами | 0,05 |
| Монолитные перекрытия | 0,05 |
Для малоэтажного строительства можно провести самостоятельную оценку потребности в арматуре при заливке плитного основания, используя значения μmin. Для куба бетона с рёбрами В=Н=L=1 м получим площадь поперечного сечения стали в грани куба, нормальной к стержням: Sa = μхВхН/100 = 0,3х1х1/100 = 0,003 (м2).
Определяем число рабочих прутьев при продольном армировании в одной грани: n = Sa/S1, где S1 — площадь поперечного сечения одного элемента, м2 (берём из стандартов). Округляем n до целого числа.
Количество погонных метров для одного ряда (H≤15 см): La1 = n∙L∙2=2∙n∙1 м=2n. Для двух рядов (H>15 см): La2 = 2La1. Масса стержней в кубометре бетона первого ряда: m1 = La1∙q; второго ряда: m2 = La2∙q; где q — удельный вес 1 метра прутков в зависимости от их номинального диаметра по ГОСТ 5781-82.
Пример расчёта минимального количества арматуры на заливку 1 м3 для монолитной плиты фундамента (μ = 0,3%):
| Номер профиля, мм | Площадь поперечного сечения, S1, м3 | Масса п.м, q, кг/м | Расход стали на 1 м3 | |||
| H≤15 см | H>15 см | |||||
| Длина, La1, м | Вес, m1, кг | La2, м | m2, кг | |||
| 10 | 78,5∙10-6 | 0,617 | 76 | 47 | 152 | 94 |
| 12 | 113,1∙10-6 | 0,888 | 54 | 47,95 | 108 | 96 |
| 14 | 153,9∙10-6 | 1,208 | 40 | 48,3 | 80 | 97 |
| 16 | 201,1∙10-6 | 1,578 | 30 | 47,3 | 60 | 95 |
В таблице приведены данные только по рабочим прутьям через одну грань при заливке куба. Применительно к плитному фундаменту их надо увеличить в два раза, так как его каркас выполняется в виде прямоугольной сетки. Если толщина основания более 15 см, необходимо добавить рабочие стержни на второй ряд сеток (общий вес тогда составит 94-97 кг на 1 м3) и вертикальные стойки из проката диаметром 6-8 мм, связывающие ряды сеток с шагом 20-40 см. Сюда необходимо также включить элементы усиления по торцам и на продавливание от местных нагрузок. Полная масса всех этих изделий и даст расход стали на кубометр бетона.
Для ленты расчёт выполняется аналогично. Дополнительно потребуется конструктивная арматура калибром 6-10 мм для связывания между собой продольных рабочих прутов с шагом по длине 40-50 см. При высоте ленты свыше 60 см добавятся элементы для соединения рядов каркаса. Во всех случаях при закупке требуется добавить запас на скрепление внахлёст, а также на отрезки, которые могут оставаться после нарезания на проектные размеры (поставляемая длина 11,6 м).
Расчёт выполнялся для наиболее распространённой в частном домостроении металлопрокат диаметром от 10 до 16 мм. Приобретение больших размеров нецелесообразно по причине ухудшения совместной работы бетона и прутьев из-за реализации малых нагрузок в малоэтажном строительстве.
Обычно для ЖБИ в качестве рабочей подбирают горячекатаную сталь А400 или А500, а также В500 (для сварных сеток). Цифры обозначают предел текучести материала в МПа. Лучшую совместную работу с раствором обеспечивают стержни периодического профиля (кольцевой или серповидный), применяемые в качестве рабочих. Для их соединения в каркасе нужны гладкие элементы А240 диаметром 6-8 мм. Они имеют более низкие показатели по напряжениям сцепления с бетоном в 2-4 раза, поэтому используются только как конструктивные.
При выборе диаметра необходимо учитывать правила, регламентирующие наибольшие расстояния между прутьями продольной арматуры, обеспечивающие равномерность распределения напряжений:
- В ЖБ плитах этот размер должен быть ≤200 мм при их толщине h≤15 см или 400 мм и 1,5∙h, если h>15 см.
- В рёбрах и лентах шириной >15 см количество продольной рабочей арматуры в одной плоскости принимают ≥2. При меньшем размере допускается один стержень.
- При длине основания ≤ 3 м применяют прутки с номером профиля ≥10 мм, а если пролёт свыше трёх метров, используют калибр ≥12 мм.
Влияние характеристик материалов
Оптимально для эффективной совместной работы стали и бетона, когда достигается равенство их предельных напряжений в расчётном сечении конструкции. Это обеспечивается при проценте армирования (μopt), который условно можно считать оптимальным, так как дальнейшее его увеличение не сопровождается ростом прочности.
Коэффициент μopt:
| Марка раствора | Класс прочности стали | ||
| А400 | А500 (А500С) | В500 (В500С) | |
| В15 | 1,3 | 1,0 | 1,04 |
| В20 | 1,7 | 1,3 | 1,4 |
| В22.5 | 2,0 | 1,5 | 1,6 |
Применение стержней с более высоким пределом текучести (500 МПа вместо 400) даёт некоторое снижение их расхода в кубометре. Поэтому перспективно использование высокопрочных сталей и композитов, позволяющих создавать конструкции с предварительным напряжением.
