Армування колони: норми і вимоги, способи зміцнення конструкції

Пристрій бетонних і залізобетонних конструкцій передбачає додаткове зміцнення за рахунок арматурного прокату. Останній, до речі, складає один з найбільш затребуваних сегментів чорної металургії, що підтверджується його широким використанням у будівництві. Стосовно до бетонних колонах армування грає особливо важливу роль, зважаючи на неможливості застосування інших опорних конструкцій крім нижнього і верхнього перекриття. Внутрішнє стрижневе посилення металевими прутами в різних конфігураціях є оптимальним рішенням задачі.

Загальні вимоги до арматури

Для колон може використовуватися гарячекатані, термомеханічно зміцнені і холоднодеформовані металеві прути різного профілю. Діаметр в середньому варіюється від 12 до 40 мм. Якщо планується задіяти холоднодеформовані стержні періодичного профілю, то може застосовуватися і невеликий діаметр на 3-12 мм. показники міцності на розтяг допускаються класи А і В, які відповідають гарантованим за меж плинності з коефіцієнтом не менше 095.


В особливих випадках при армуванні монолітних колон можуть пред'являтися спеціальні вимоги щодо пластичності, зварюваності, корозійної стійкості і міцності на втому. Як правило, це пов'язано зі специфікою вживаної бетонної суміші цементу. Ключове значення майже в кожному випадку армування має характер зчеплення з бетоном. Недолік адгезії може компенсуватися конструкцією профілю з пазами і гребенями. Ті ж гарячекатані і холоднодеформовані прути можуть мати кільцеві і серповидні виступи різної величини. І навпаки, багато марки бетонів з крихкою структурою допускають використання тільки гладких стрижнів – наприклад, класу А240. Тепер варто перейти до більш докладного розгляду параметрів арматури, використовуваної в зміцненні колон.

Довжина арматури

При закладці збірної колони ретельно розраховуються параметри опалубки, в яку повинна органічно входити і зміцнює металева оснастка. Важливо, щоб закінчення робочих стрижнів, не з'єднуються з анкерними елементами, перебували на наступному відстані від торцевої частини деталі:

20 мм, якщо влаштовується монолітна колона довжиною не менше 6 м.

15 мм, якщо колона має довжину понад 18 м. Це ж обмеження відноситься до мачтовым конструкцій і опор.

10 мм, якщо закладається збірна колона довжиною менше 18 м.

У кожному випадку армування колони передбачає залишення частини прутка, яка повинна бути захищена спеціальними антикорозійними засобами або додатково ізольована каркасної оснащенням.

Діаметр арматури

У випадку з поздовжніми стрижнями використовуються елементи товщиною не менше 16 мм. Монолітні конструкції збірного типу можна зміцнювати і 12-міліметровими прутами. Також малі діаметри допускаються при використанні арматури з конструкційної сталі із захисним покриттям. Облік діаметра важливий і з точки зору конфігурації її розміщення в тілі колони. Так, поздовжні прути можна встановлювати тільки в один ряд і бажано з витримкою рівного діаметра. Якщо ж планується армування колони стрижнями різної товщини, то максимум допускається застосування двох форматів без урахування конструкційної зміцнює оснастки. Прути різних діаметрів зазвичай застосовуються в цілях економії, але при цьому не можна використовувати сусідні типорозміри в одній колоні. Наприклад, не допускається закладка стрижнів діаметром 8 і 10 мм або 10 і 12 мм.

Площа армування

Розрахунок площі виконується по перетинах поздовжнього армування. В результаті оцінюється, який відсоток перерізу стрижнів займають на поверхні колони. Максимум допускається 5%, але тільки у випадку розміреним компонування прутів без нахлеста. З'єднання нахлистом подвоює площа перерізу арматури в місцях стику, що не завжди дозволяє виконати коректну збірку колони. Також слід витримувати симетрію розміщення стрижнів щодо площі перерізу конструкції – особливо, якщо мова йде про майбутньої експлуатації споруди з високим навантаженням на вигин. Так чи інакше, оптимальний відсоток армування колони складе 2-3%. У самому перерізі слід враховувати не тільки основу прутка, але і виступи в вигляді гребенів.

Якою повинна бути стикування армуючих стрижнів?

З'єднання і випуски арматури також визначають надійність конструкції. Уже зазначалася важлива роль нахлеста, яка збільшується при використанні монолітних колон. При цьому не варто недооцінювати вплив таких в'язок на структурну цілісність колони. Справа в тому, що, приміром, 25-міліметровий прут (в діаметрі) повинен стикуватися з нахлестом за довжині не менше 140 див. Причому якщо стикування проводиться в розбіг, то це відстань подвоюється. Тому рекомендується прагнути до мінімізації з'єднують вузлів при армуванні колони поздовжніми стрижнями. Якщо справа стосується великих прольотів і виконання перехідних зон неминуче, то стики переводяться на місце зміни перерізу самої колони. Такі конфігурації зустрічаються в східчастих, двухветвевых і обрываемых конструкціях. Також в якості альтернативи рекомендується зварне з'єднання з накладками.

Проміжки між стрижнями

Для початку варто підкреслити значущість балансу між укріпленої масою і порожнечами в тілі колони. Перенасиченість робочих металевих стрижнів послаблює бетонну конструкцію, роблячи її більш чутливою до динамічних навантажень. І навпаки, брак армуючої оснащення збільшує ризики пошкодження колони при експлуатації під статичними навантаженнями. Навіть якщо перекриття і армована колона діють один на одного в помірних показниках тиску, то через деякий час на ослаблених ділянках конструкції почнуть утворюватися тріщини. Дотримати баланс можна витримуванням нормативної дистанції між арматурними прутами в 400 мм. Якщо цього відстані виявляється недостатньо причини мінімального включення щебеню чи каменю в розчин, то великі проміжки розбавляють за рахунок конструкційної тонкої арматури діаметром 12 мм

Обмеження захисного армуючого шару

Максимальний шар поздовжнього армування становить 50 мм. В цю товщину входить і основа стрижня, і його конструкційні елементи з покриттям. Можливість застосування прутів діаметром до 40 мм при збереженні технологічних 10 мм обумовлюється тим, що сам армуючий шар може вимагати додаткового посилення. Зокрема, армування колон з перерізом 600х800 мм передбачає включення зварної сітки, хомутів і стяжок. Великоформатні стрижні додатково скріплюються між собою підсилюють зв'язками. Причому додаткові елементи укріплення самої арматури не слід плутати з накладками при зварюванні, які виконують відповідальну конструкційну завдання з'єднання двох або декількох стрижнів.

Головне обмеження стосується товщини захисного шару, що обумовлено пропорційним підвищенням ризиків розтріскування колони в місцях проходження стрижнів. Напругу, що випробовується бетонної структурою з чужорідними включеннями, буде надмірно високим і при динамічних навантаженнях призведе до руйнування. Цей фактор частково компенсується вищезазначеними сітками і хомутами, але краще всього спочатку дотриматися норми формування армуючого шару.

Вимоги до поперечного армування

В колонних конструкціях, де розрахункова поперечне зусилля не може забезпечуватися тільки бетонної структурою, використовується і поперечна арматура. Крок за її закладці повинен становити не більше 300 мм. Якщо планується виконувати стислий зміцнення, то розрахунок армування колони або вставкам робиться виходячи з товщини стрижнів – крок повинен складати не більше 15 діаметрів, але укладатися в 500 мм. Що стосується взаємодій поперечної і поздовжньої арматури, то воно буде залежати від перерізу колони та її насичення робочими стрижнями. В принципі можливі дві конфігурації. В одну пару не допускається, оскільки шар поздовжніх прутів влаштовується ближче до краю, а поперечні стрижні закладаються в залишених проміжках. У другому варіанті виконуються стики, якщо поздовжнє армування реалізується в кілька рядів від краю до центральної частини. В основному тонкі поперечні стрижні з'єднують з конструкційними прутами діаметром не більше 12 мм

Технологія армування колон

Способи армування розрізняються по техніці в'язання, підходам до влаштуванню опалубки і конфігурацій розміщення стрижнів. Що стосується в'язки, то її можна виконувати за допомогою дроту або зварним способом. В першому випадку рекомендується використовувати в'язальний будівельний пістолет для арматури, а у другому – інверторний зварювальний апарат для точного з'єднання. На цьому етапі формується каркас. Конфігурація армування під колони може бути різною в залежності від характеристик конструкції. Оптимально використовувати комбінований варіант із застосуванням поздовжнього і поперечного армування, при якому буде реалізована і суміжна в'язка двох каркасів. Опалубна конструкція влаштовується за допомогою формувальних заготовок, які занурюють підготовлений металевий скелет і надалі заливають його бетоном. Відмінності в методах створення опалубки зводяться до типу використовуваного матеріалу – деревини, пінополістиролу або комбінованих волокнистих матеріалів. У цьому виборі головна умова полягає у можливості поєднання арматури і опалубки по масі і технічним навантажень в цілому.

Армування фундаментів колон

Будівельні колони встановлюються на фундаменті, так званому несучому склянці, який теж піддається посилення. Для формування частини конструкційної підошви використовують марки важкого бетону з високим класом міцності. Армування склянки виконується гарячекатані стрижнями з періодичним профілем. Ключове значення при армуванні фундаменту під колону буде мати вузол сполучення прутів підошви з елементами основного поздовжнього посилення. Для цієї зв'язки в місці переходу від підошви до стовбура колони використовується приварювання прутів з шайбами до скелету з стрижнів гарячекатаних склянки. Складність полягає лише в правильному переході від одного рівня до іншого з дотриманням симетрії зміцнювальних контурів.

Особливості спірального армування

Найбільш складним з точки зору пристрою прутів, є посилення колон з круглим перетином. Проблема полягає в ускладненні конфігурації армуючого шару, яке потребує додаткової підтримки. У таких системах застосовують непряме зміцнення спіральними металевими прутами. Особливості армування круглих колон виражається в тому, що поздовжні стрижні додатково обвиваються по периметру витками накладної дроту. Діаметр спіралі при цьому складає не більше 20 див.

Армування консолей колон

Через відсутність можливостей установки опор для колони будівельники часто використовують консольні виступи як елемент посилення конструкції. Встановлювати такі частини рекомендується на сталевому армований каркасі, який може входити в верхнє перекриття або в нижній фундамент. Консолі посилюються металевими стрижнями малого діаметра, хомутами і зварною сіткою залежно від параметрів конструкції. Найбільшого ефекту зміцнення колон у складі з консолями вдається досягти при однорідної зв'язці перекриття, основного каркаса стовбура і підошви.

Висновок

Особливості застосування армування під колони обумовлюються конструкційної ізоляцією даної частини споруди. Зрозуміло, обидва перекриття з верхньої та нижньої частини забезпечують необхідну підтримку, але надмірний тиск з навантаженням може негативно позначитися безпосередньо на структурі колони. Саме для запобігання внутрішніх процесів руйнування використовують подовжню і поперечну арматуру. При цьому вимоги дають чималу свободу проектувальникам і у виборі стрижнів, і в конфігураціях їх закладки. Принципові обмеження стосуються в основному підбору матеріалів, призначення розмірів та способів встановлення каркасу.