Арматурный каркас для железобетона: классы арматуры, вязка и сварка по ГОСТ 10922

Что такое арматурный каркас железобетона

Арматурный каркас железобетона является несущим металлическим остовом монолитных и сборных железобетонных конструкций. Каркас состоит из продольной рабочей арматуры, воспринимающей растягивающие усилия, и поперечной арматуры (хомутов), обеспечивающей пространственную жесткость конструкции и восприятие поперечных сил.

Продольные стержни располагают параллельно оси элемента и соединяют поперечными стержнями с шагом от 100 до 300 мм в зависимости от типа конструкции. Хомуты выполняют в виде замкнутых или разомкнутых рамок, охватывающих продольную арматуру. Конструкция каркаса обеспечивает равномерное распределение нагрузок по сечению элемента и предотвращает выпучивание продольных стержней при сжатии.

Основные функции арматурного каркаса включают восприятие растягивающих напряжений в бетоне, ограничение ширины раскрытия трещин, повышение деформативных характеристик конструкции и обеспечение анкеровки арматуры в зонах передачи усилий. Правильно спроектированный каркас позволяет реализовать прочностные и деформационные свойства как арматуры, так и бетона.

Классы арматуры для железобетонных каркасов

Выбор класса арматуры определяется расчетными нагрузками, условиями эксплуатации конструкции и технологией изготовления каркаса. ГОСТ 34028-2016 устанавливает технические требования к арматурному прокату, применяемому в железобетонных конструкциях.

Основные классы арматуры

Класс арматуры характеризуется гарантированным значением предела текучести, выраженным в мегапаскалях. Класс А240 имеет предел текучести 240 МПа и применяется для изготовления хомутов, монтажной и конструктивной арматуры. Гладкий профиль класса А240 обеспечивает достаточное сцепление с бетоном при работе на сжатие и срез.

Арматура классов А400, А500 и А600 выпускается с периодическим профилем, обеспечивающим надежное анкерование в бетоне. Класс А400 с пределом текучести 400 МПа применяют в качестве рабочей арматуры в конструкциях с нормальными условиями эксплуатации. Класс А500 с пределом текучести 500 МПа получил наибольшее распространение в массовом строительстве благодаря оптимальному соотношению прочности и экономичности.

Класс А600 с пределом текучести 600 МПа используют в высоконагруженных конструкциях и при необходимости снижения массы армирования. Повышенная прочность арматуры класса А600 позволяет уменьшить количество стержней в сечении при сохранении несущей способности конструкции.

Класс арматуры	Предел текучести, МПа	Диаметры стержней, мм	Тип профиля
А240	240	6-40	Гладкий
А400	400	6-40	Периодический
А500	500	6-40	Периодический
А600	600	6-40	Периодический

Свариваемая арматура классов А400С и А500С

Индекс «С» в обозначении класса указывает на гарантированную свариваемость арматуры всеми способами сварки. Свариваемую арматуру изготавливают из сталей марок 25Г2С и 35ГС с контролируемым содержанием углерода не более 0,22 процента и углеродного эквивалента не более 0,52 процента.

Ограничение содержания углерода предотвращает образование закалочных структур в зоне термического влияния при сварке и сохраняет пластические свойства металла в сварном соединении. Класс А400С применяют для изготовления сварных каркасов и сеток в конструкциях с расчетной температурой эксплуатации до минус 40 градусов Цельсия.

Класс А500С получил преимущественное применение в современном монолитном строительстве благодаря сочетанию высокой прочности, гарантированной свариваемости и технологичности при изготовлении каркасов. Сварные соединения арматуры класса А500С обеспечивают прочность не менее 0,9 от прочности основного металла при соблюдении требований ГОСТ Р 57997-2017.

Типы каркасов по конструкции

Арматурные каркасы классифицируют по геометрии на плоские и пространственные. Тип каркаса выбирают исходя из конструктивной схемы элемента, характера напряженного состояния и технологии изготовления железобетонной конструкции.

Плоские каркасы

Плоские каркасы представляют собой двухмерную конструкцию из продольных и поперечных стержней, расположенных в одной плоскости. Плоские каркасы применяют в балках, плитах перекрытий, стеновых панелях и других изгибаемых элементах, работающих преимущественно в одном направлении.

Продольные стержни плоского каркаса воспринимают изгибающие моменты и продольные силы, а поперечные стержни обеспечивают проектное положение продольной арматуры при бетонировании и распределяют усилия между стержнями. Шаг поперечных стержней в плоских каркасах назначают от 200 до 500 мм в зависимости от высоты сечения элемента.

В балках и ригелях применяют плоские каркасы с продольной арматурой в растянутой и сжатой зонах сечения. Верхнюю арматуру устанавливают для восприятия отрицательных изгибающих моментов в опорных сечениях и создания замкнутых хомутов, воспринимающих поперечные силы.

Пространственные каркасы

Пространственные каркасы формируют из нескольких плоских каркасов или отдельных стержней, соединенных в объемную конструкцию. Пространственные каркасы используют в колоннах, фундаментах, массивных конструкциях и элементах сложной формы, работающих в условиях двухосного или трехосного напряженного состояния.

Конструкция пространственного каркаса колонны включает продольную рабочую арматуру, расположенную по периметру сечения, и поперечную арматуру в виде замкнутых хомутов или спиральной обвязки. Количество продольных стержней в колоннах назначают не менее четырех в квадратном сечении и не менее шести в круглом сечении.

Шаг хомутов в пространственных каркасах колонн составляет от 150 до 250 мм в зависимости от диаметра продольной арматуры и высоты сечения. В зонах сопряжения колонн с ригелями и фундаментами шаг хомутов уменьшают до 100 мм для повышения несущей способности узлов при действии поперечных сил и изгибающих моментов.

Способы соединения арматуры в каркасах

Соединение арматурных стержней в каркасах выполняют сваркой или вязкой стальной проволокой. Выбор способа соединения определяется классом арматуры, диаметром стержней, типом конструкции и технологическими возможностями производства.

Сварные соединения

Сварку арматуры выполняют контактной точечной, дуговой ручной или механизированной сваркой в среде защитных газов. ГОСТ Р 57997-2017 устанавливает требования к типам, конструкциям и размерам сварных соединений арматурных изделий. ГОСТ 14098-2014 регламентирует геометрические параметры сварных соединений.

Контактную точечную сварку применяют для изготовления сварных сеток и плоских каркасов из арматуры диаметром от 3 до 16 мм. Производительность контактной сварки достигает нескольких тысяч точек в час при обеспечении стабильного качества соединений. Прочность точечных соединений на срез составляет не менее 0,5 от временного сопротивления арматуры.

Дуговую сварку используют для соединения стержней диаметром от 12 до 40 мм в пространственных каркасах колонн, балок и фундаментов. Стыковые соединения арматуры выполняют ванной сваркой, обеспечивающей равнопрочность соединения с основным металлом. Нахлесточные и тавровые соединения выполняют угловыми швами длиной не менее 10 диаметров свариваемого стержня.

Вязка арматуры проволокой

Вязку арматурных каркасов выполняют отожженной низкоуглеродистой проволокой диаметром от 1,2 до 1,4 мм по ГОСТ 3282-74. Термическая обработка проволоки (отжиг) повышает пластичность металла и обеспечивает необходимую деформативность при скручивании узлов. Вязку выполняют специальным крючком или автоматическим пистолетом.

Требования к вязаным соединениям арматуры регламентирует СП 63.13330.2018. Вязка обеспечивает проектное положение арматурных стержней в каркасе при транспортировке, монтаже и бетонировании конструкции. Расход проволоки на вязку каркасов составляет от 10 до 15 килограммов на тонну арматуры в зависимости от диаметра стержней и шага соединений.

Вязаные каркасы применяют в монолитном строительстве при возведении стен, перекрытий, колонн и фундаментов. Технология вязки допускает корректировку положения стержней непосредственно на строительной площадке и не требует специального сварочного оборудования. Прочность вязаных соединений достаточна для восприятия технологических нагрузок при изготовлении и монтаже конструкций.

Защитный слой бетона

Защитный слой бетона представляет собой расстояние от наружной грани железобетонного элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня. СП 63.13330.2018 устанавливает минимальные значения защитного слоя в зависимости от условий эксплуатации конструкции, агрессивности среды и диаметра арматуры.

Нормативные требования к защитному слою

Назначение защитного слоя бетона включает обеспечение совместной работы арматуры с бетоном, защиту стали от коррозии, создание условий для анкеровки стержней и обеспечение требуемой огнестойкости конструкции. Минимальная толщина защитного слоя должна быть не менее диаметра арматурного стержня и не менее 10 мм.

В закрытых помещениях при нормальной влажности защитный слой назначают не менее 20 мм для рабочей арматуры. При повышенной влажности без дополнительных защитных мероприятий минимальный защитный слой увеличивают до 25 мм. На открытом воздухе защитный слой принимают не менее 30 мм для предотвращения карбонизации бетона и коррозии арматуры.

Для конструкций, эксплуатируемых в грунте, минимальный защитный слой составляет 40 мм при наличии бетонной подготовки и 70 мм при бетонировании непосредственно по грунту. В фундаментах защитный слой нижней арматуры обеспечивают установкой пластиковых или бетонных фиксаторов на подготовленное основание.

Условия эксплуатации	Минимальный защитный слой, мм
Закрытые помещения, нормальная влажность	20
Закрытые помещения, повышенная влажность	25
Открытый воздух	30
Грунт (с бетонной подготовкой)	40
Грунт (без бетонной подготовки)	70

Обеспечение защитного слоя при монтаже

Фиксацию проектного положения арматурных каркасов в опалубке выполняют с помощью пластиковых или бетонных фиксаторов. Пластиковые фиксаторы типа «стульчик» применяют для нижней арматуры плит и фундаментов, обеспечивая защитный слой от 15 до 50 мм в зависимости от высоты фиксатора.

Для вертикальных конструкций (стен и колонн) используют дистанционные фиксаторы в виде пластиковых звездочек или бобышек, устанавливаемых на арматурных стержнях с шагом от 1 до 1,5 метров по высоте. Бетонные фиксаторы изготавливают из бетона того же класса, что и основная конструкция, с заделанной в них проволочной петлей для крепления к арматуре.

Контроль фактической толщины защитного слоя в готовых конструкциях выполняют неразрушающими методами с использованием электромагнитных измерителей или радиационными методами просвечивания. Отклонения фактического защитного слоя от проектного не должны превышать плюс 10 мм и минус 5 мм согласно требованиям СП 70.13330.2012.

Технология изготовления арматурных каркасов

Изготовление арматурных каркасов осуществляют на специализированных арматурных заводах или непосредственно на строительной площадке. Технология производства включает правку и резку арматуры, гибку стержней по заданным размерам, сборку каркасов и контроль качества готовых изделий.

Заводское производство каркасов

Заводское изготовление каркасов выполняют на автоматизированных линиях, обеспечивающих высокую производительность и стабильное качество продукции. Арматуру поставляют в прутках длиной от 6 до 12 метров или в мотках для диаметров до 12 мм. Правку арматуры выполняют на правильно-отрезных станках, совмещающих выпрямление стержней и резку в размер.

Гибку стержней для изготовления хомутов и монтажных петель производят на станках с программным управлением, позволяющих получать детали сложной формы с высокой точностью. Сборку сварных каркасов выполняют на специальных стендах с применением контактной точечной сварки или дуговой механизированной сварки.

Готовые каркасы маркируют несмываемой краской с указанием марки изделия, даты изготовления и номера партии. Хранение каркасов осуществляют в штабелях с прокладками между рядами для обеспечения доступа воздуха и предотвращения деформаций. Транспортировку выполняют автомобильным или железнодорожным транспортом с обеспечением крепления и защиты от повреждений.

Изготовление каркасов на стройплощадке

Монтаж вязаных каркасов непосредственно в проектном положении применяют в монолитном строительстве при возведении стен, колонн и фундаментов. Технология предусматривает установку вертикальной арматуры колонн и стен с креплением к выпускам из нижележащих конструкций, последующую установку горизонтальной арматуры и вязку узлов соединений.

Для перекрытий выполняют укрупнительную сборку плоских каркасов или сеток на специальных стендах рядом с местом монтажа. Укрупненные элементы поднимают краном и устанавливают в проектное положение на инвентарные опоры и фиксаторы защитного слоя. Соединение отдельных карт армирования выполняют нахлестом продольных стержней с вязкой или сваркой стыков.

Контроль качества каркасов на строительной площадке включает проверку соответствия диаметров и классов арматуры проектным, контроль геометрических размеров каркасов и положения стержней, проверку качества сварных и вязаных соединений. Результаты контроля оформляют актами освидетельствования скрытых работ до начала бетонирования.

Применение арматурных каркасов в строительстве

Арматурные каркасы применяют во всех типах железобетонных конструкций зданий и сооружений. Конструктивное решение каркаса определяется характером работы элемента, величиной действующих нагрузок и требованиями к трещиностойкости и деформативности конструкции.

Фундаменты

В ленточных фундаментах применяют пространственные каркасы с продольной рабочей арматурой в нижней и верхней зонах сечения. Нижнюю арматуру рассчитывают на восприятие изгибающих моментов от реактивного давления грунта, верхнюю арматуру устанавливают конструктивно для образования замкнутого контура и установки вертикальных хомутов.

Плитные фундаменты армируют двумя сетками в нижней и верхней зонах плиты с диаметром стержней от 12 до 16 мм и шагом от 150 до 200 мм в обоих направлениях. В зонах концентрации напряжений под колоннами устанавливают дополнительную арматуру или увеличивают процент армирования основных сеток. Защитный слой нижней арматуры фундаментных плит обеспечивают установкой бетонных фиксаторов высотой от 40 до 50 мм.

Колонны и стены

Колонны армируют пространственными каркасами с продольной арматурой по периметру сечения и поперечными хомутами, воспринимающими поперечные силы и предотвращающими выпучивание продольных стержней. Минимальное количество продольных стержней в колоннах составляет четыре для прямоугольного сечения и шесть для круглого сечения.

Стены монолитных зданий армируют двумя сетками из вертикальной и горизонтальной арматуры диаметром от 8 до 14 мм с шагом от 150 до 300 мм. Вертикальную арматуру устанавливают с нахлестом стержней в уровне перекрытий, горизонтальную арматуру укладывают непрерывно по всей длине стены с анкеровкой в торцах и углах здания.

Балки и перекрытия

Балки и ригели армируют плоскими каркасами с продольной арматурой в растянутой и сжатой зонах и поперечными хомутами, воспринимающими поперечные силы. Нижнюю рабочую арматуру рассчитывают на восприятие изгибающих моментов в пролете, верхнюю арматуру устанавливают в опорных сечениях для восприятия отрицательных моментов.

Шаг хомутов в приопорных зонах балок назначают от 100 до 150 мм, в средней части пролета шаг увеличивают до 200-300 мм. Монолитные перекрытия армируют плоскими сетками с рабочей арматурой в нижней зоне, ориентированной в направлении пролета плиты. В опорных зонах неразрезных плит устанавливают верхнюю арматуру для восприятия отрицательных моментов.

Контроль качества арматурных каркасов

Контроль качества арматурных каркасов осуществляют на всех этапах изготовления, транспортировки и монтажа. Система контроля включает входной контроль арматурной стали, операционный контроль в процессе изготовления, приемочный контроль готовой продукции и контроль на строительной площадке.

Входной контроль арматуры

Входной контроль арматурной стали выполняют по документам о качестве, подтверждающим соответствие поставляемой арматуры требованиям ГОСТ 34028-2016. Проверяют маркировку арматуры, соответствие диаметров и классов прочности проектным значениям, отсутствие поверхностных дефектов (трещин, закатов, расслоений).

При отсутствии документов о качестве или сомнениях в соответствии арматуры заявленному классу проводят механические испытания образцов на растяжение для определения фактических значений предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения. Арматура, не прошедшая входной контроль, подлежит возврату поставщику или переводу в более низкий класс прочности.

Контроль готовых каркасов

Приемочный контроль готовых каркасов включает проверку геометрических размеров, соответствия диаметров и классов арматуры проектным, качества сварных и вязаных соединений, величины защитного слоя. Допустимые отклонения размеров каркасов устанавливает СП 70.13330.2012.

Отклонения расстояний между стержнями не должны превышать плюс-минус 10 мм при шаге до 150 мм и плюс-минус 20 мм при большем шаге. Отклонения общих размеров каркасов допускаются до плюс-минус 10 мм по длине и ширине для каркасов длиной до 3 метров и до плюс-минус 15 мм для каркасов длиной более 3 метров.

Контроль качества сварных соединений включает внешний осмотр швов на отсутствие трещин, непроваров, прожогов и других дефектов. Прочность сварных соединений проверяют испытанием на растяжение или срез образцов, отобранных от каждой партии каркасов. Разрушающее усилие должно составлять не менее 0,5 от временного сопротивления арматуры для крестообразных соединений на срез.