Диаметр стержней арматурной сетки для бетонных конструкций

Правильный диаметр проволоки или стержней сварной арматурной сетки это то, что определяет несущую способность и прочность железобетонных конструкций, которые она армирует. Расчет делают по СП 63.13330, он показывает при каком диаметре стержней армирование обеспечивает прочность конструкции, работу с растягивающими усилиями, сдерживает раскрытие трещин. 

Механическая работа арматурной сетки в бетоне

Бетон как камень эффективно отвечает на сжатие, но при растягивающих нагрузках могут появиться трещины. Если бетон армирован, то при изгибающих и растягивающих усилиях в зонах напряжений включается в работу арматурная сетка. Металл проявляет больше упругости при изгибах и такой упругостью он наделяет бетон. В итоге железобетон в отличие от бетона работает по другим принципам.

• Общая работа бетона и металла. У арматурных стержней или проволоки есть периодический профиль. Его ребра и выступы образуют небольшие площадки, которые создают механическое сцепление бетона и стержней. Через это сцепление передаются усилия от бетона к арматуре.

• Работа с растягивающими усилиями. Через механическое сцепление арматура принимает растягивающие напряжения, не допуская хрупкое разрушение бетона.
• Ограничение раскрытия трещин. Чем мельче ячейки и тоньше проволока, тем равномернее образование трещин и меньше их раскрытие. 
• Распределение точечных нагрузок. Арматурная сетка уменьшает концентрацию напряжений и повышает стойкость к образованию трещин.

Как зависит работа сетки от диаметра ее стержней

Араматурные сетки бывают разными, на несущую способность влияет диаметр стержня строительной сетки. 

Толщина стержней или проволоки определяет механические характеристики сетчатого армирования.

Несущая способность 

Прочность ж/бетонного элемента это его несущая способность, которая зависит от поперечного сечения арматуры и складывается из суммы всех ее поперечных сечений. Поэтому увеличение диаметра ведет к росту суммарной площади всех сечений арматуры, что повышает прочность ж/бетонной конструкции при растяжении, изгибе и сжатии.

Сетчатое армирование с арматурой большого диаметра (13-30 мм) монтируют в ответственных монолитных конструкциях: плиты перекрытия, фундаменты. Для менее нагруженных элементов достаточно 8-12 мм.

При этом сетчатые карты с большими диаметрами стержней принимают больше нагрузок, но работают более “жестко”. 

Трещиностойкость

Небольшие d (3-6 мм) при малых ячейках создают:

• равномерное распределение напряжений;
• ограничивают раскрытие трещин.

Большие d (8-16 мм):

• могут принять большие нагрузки;
• но ведут к трещинам между армированием при его недостаточной плотности. 

Жесткость железобетонной конструкции

• Арматура с более крупным сечением увеличивает процент армирования, в результате повышается жесткость железобетонного элемента.
• Это много значит для плит перекрытий, так как для них по 63.13330 есть ограничения прогибов.

Анкеровка и сцепление

• Более толстая арматура создает более сильное сцепление с бетоном за счет высоких выступов профилирования.
• Чем толще арматура, тем больше нужна длина анкеровки.
• Тонкие элементы армируют меньшими диаметрами для создания прочного сцепления.

Что регламентирует СП 63.13330

По нормативным правилам:

• после армирования ж/бетонный элемент должен равняться критериям двух предельных состояний:

1.  - по несущей способности, которая гарантирует прочность, устойчивость, недопущение обрушения;
2.  - по пригодности к эксплуатации, ограничению прогибов, деформаций, трещин.

• Минимальный процент армирования определяет тип элемента (панель, балка), его гибкость, то есть отношению длины к высоте и работа (изгиб, сжатие).

Минимальное армирование должно сдерживать хрупкое разрушение бетона до предела текучести арматуры. В элементах, которые работают с изгибающими усилиями минимальный процент равен 0,1. Для внецентренно сжатых элементов процент 0,25 и более.

• Диаметр стержней влияет на:

1. расчетную площадь армирования;
2. длину анкеровки;
3. шаг;
4. ограждающий слой бетона.

Для диаметров распределительной арматуры допускаются меньшие значения при сохранении минимального процента армировании по площади сечения. 

Диаметр стержней или проволоки сетки по типам конструкции

Отдельные бетонные элементы в общей конструкции работают с разными нагрузками (сжатие, изгиб, растяжение), которые отличаются по величине. Поэтому бетонные элементы армируют сетками сваренными из стержней или проволоки разной толщины.

Бетонные стяжки пола

У бетонных стяжек небольшая высота слоя, при этом низкая нагрузка. Поэтому здесь назначение армирования это контроль трещинообразования. Для этого берут проволочные сетки 50х50 мм, 100х100 мм, проволока толщиной 3-5 мм.

Устанавливают в выравнивающих и распределительных слоях в жилых и общественных зданиях.

Полы в промышленных цехах

На бетонные полы в цехах действуют высокие нагрузки от работающего оборудования и передвигающейся техники. Назначение арматурных сеток это распределение нагрузок. Для этого берут проволочные и стержневые сетки с ячейками 100х100 мм, 150х150 мм. Толщина 6-8 мм.

Устанавливают в цехах, складах, паркингах.

Монолитные плиты перекрытия

Плиты перекрытия работают на изгиб. Для армирования делают расчет по СП 63.13330. По расчету планируют диаметры арматурных стержней для сеток на основании расчетных нагрузок и шага армирования. Типовые d: 6–12 мм.

Устанавливают в жилых, общественных зданиях.

Ленточные и плитные фундаменты

Ленточные фундаменты принимают вертикальные нагрузки, сосредоточенные под стенами, а плитные - вертикальные равномерные. Оба типа фундаментов работают под горизонтальными нагрузками от подвижек грунта. При этом нагрузки от строения и грунта значительные, поэтому назначение арматурных сеток создать достаточную несущую способность фундамента, и ограничить его трещиностойкость. Размер ячеек 150х150 мм, 200х200 мм, d 8-16 мм.

Плиты дорожные для спецтранспорта

Плиты, которые устанавливают для проезда спецтранспорта или на взлетных полосах работают с циклическими нагрузками. Назначение арматурных сеток сдерживать появление трещин, поэтому часто армирование плит делают комбинированным.

Принципы выбора диаметра

При планировании параметров арматурной сетки учитывают:

• расчетную нагрузку, чем она выше, тем больший диаметр стержней;
• толщину конструкции (гибкость, отношение длины к высоте), в тонких элементах устанавливают сетчатое армирование с малыми сечениями;
• критерии к образованию трещин, для ограничения трещин планируют меньший диаметр и мелкие ячейки;
• технологичность монтажа, сварные сетчатые полотна из тонких стержней или проволоки удобнее в монтаже и создают более равномерное распределение нагрузок;
• рациональность, при оптимальном сочетании размера ячейки и диаметра, а не просто его увеличение.