Причины, по которым нужно армировать железобетонный фундамент

В железобетонной конструкции каждый компонент – бетон или арматура – выполняет разные функции. Бетон при растяжении способен удлиняться всего на доли миллиметра. При больших растягивающих нагрузках и поперечных срезающих силах в неармированной бетонной конструкции могут возникать деформации, приводящие к растрескиванию и появлению других дефектов, вплоть до разрушения.

Стальные элементы каркаса железобетона могут воспринимать растягивающие нагрузки, десятикратно превышающие те, что может воспринимать бетон. Пластичный стальной прокат, имея свойство удлиняться без разрыва на 5—25 мм, работает на растяжение, предотвращая развитие деформаций в конструкции за допустимые пределы.

Монолитная  фундаментная лента представляет собой систему балок, связанных между собой на углах и пересечениях, лежащую на сплошном упругом грунтовом основании. Грунты постоянно испытывают воздействие климатических факторов – промерзают зимой и оттаивают весной, увлажняются поверхностными или подземными водами, при этом увеличиваясь или уменьшаясь в объеме.

Возникающие при этом силы снизу передаются на фундамент, а при постоянной нагрузке от здания сверху в конструкции возникают усилия сжатия и растяжения. При этом сжатие и растяжение могут испытывать разные зоны сечения монолитных балок, составляющих ленточный фундамент.

Поэтому основная схема армирования ленточного фундамента – это объемный каркас с расположением стальных прокатных изделий вверху и внизу поперечного сечения. Если ширина подошвы ленты превышает ширину стены более, чем на 600 мм, то дополнительно армируется и подошва с помощью плоских сеток.

Армирование ленточного фундамента пространственными каркасами

Армирование ленточного фундамента пространственными каркасами

При проектировании определяется, какая арматура нужна для ленточного фундамента.

Какая арматура используется для армирования ленточных фундаментов

Армировка ленточного фундамента выполняется посредством пространственных каркасов и плоских сеток, в которых стальные прокатные изделия делятся на рабочие, воспринимающие основные растягивающие усилия, и конструктивные, служащие для закрепления рабочих стержней.

Рассмотрим, какие стальные стержни можно использовать для ленточного фундамента. В качестве рабочей  используется рифленый стальной прокат класса А3, по другой классификации А400, выпускаемая по ГОСТ 5781-82* или А500С по ГОСТ Р 52544-2006. Рифленый прокат способствует лучшему сцеплению рабочих стержней с бетоном. Армирование ленточного фундамента посредством проката А500С позволяет сваривать каркасы и сетки. В качестве конструктивной применяются стержни с гладкой поверхностью класса А1 или, по другому обозначению, А240.

Арматура периодического профиля

Арматура периодического профиля

Об использовании рабочей арматуры классов А3 и  А500С, различиях между ними, выгоде применения А500С, особенностях установки каркасов и сеток мы писали в статье «Ленточный фундамент: от земляных работ и подушки до заливки бетона и снятия опалубки».

Все работы по армированию нужно производить, следуя указаниям технических документов СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры», СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции», пользуясь которыми, можно армировать ленточный фундамент своими руками.

Расчет диаметра арматуры и количества рабочих стержней для ленты

Диаметр круглого проката для ленточного фундамента определяется на основании расчета, в котором учитываются нагрузки, которые несет фундамент. Нагрузка собирается со всех несущих стен в приложении на 1 метр погонный по длине фундамента. В суммарной нагрузке учитываются:

  • собственный вес конструкций стен из разных материалов каменной кладки, легкобетонных блоков, деревянных, монолитного железобетона и т.п.;
  • собственный вес перекрытий – железобетонных или деревянных, собираемый с 1 м2 и половины пролета между несущими стенами;
  • веса людей, мебели, перегородок, оборудования и пр., действующий на перекрытия, собираемый с 1 м2 и половины пролета перекрытия. Принимается по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия»;
  • вес покрытия и конструкций кровли, собираемый с 1 м2 и половины пролета;
  • вес снежного покрова зимой, принимаемый по СНиП 2.01.07-85*.

После сбора нагрузок рассчитывается ширина конструкции ленты с учетом несущей способности основания. Мы привели примеры, как правильно произвести сбор нагрузок, расчет ширины ленты и толщины противопучинной подушки в статье «Мелкозаглубленный ленточный фундамент: расчёт глубины, подготовка основания, армирование своими руками и калькулятор расчётов».

Там же имеются таблицы для сбора нагрузок для разных видов стен и перекрытий, величины значений расчетных сопротивлений различных типов грунтов, которыми можно воспользоваться при расчете любых ленточных фундаментов, предназначенных для малоэтажных зданий. Для быстрого расчета на странице статьи предусмотрен калькулятор.

Расчет армирования выполняется с учетом принятых габаритов конструкции фундамента – ширины подошвы и высоты сечения по методике СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». Чтобы правильно рассчитать армирование ленточного фундамента согласно СНиП, следует обратиться к профессиональным проектировщикам.

А мы приведем упрощенный метод расчета.

Упрощенный расчет армирования ленточного фундамента

Упрощенный расчет стального проката для ленточного фундамента заключается в подборе количества рабочих стержней, а также их диаметра по основному показателю – минимальному проценту армирования.

Согласно требованиям п.5.11 Таблица 5.2 Пособия к СП 52-101-2003 суммарная площадь рабочих стержней, которые могут воспринимать растягивающие усилия, не должна составлять менее 0,1 % площади сечения рассчитываемой железобетонной конструкции.

Так как монолитная лента имеет вид балки, на которую воздействуют разнонаправленные силы, то растянутые зоны  могут быть и вверху, и внизу ее поперечного сечения.

Таким образом, главное условие расчета – наличие в обоих зонах сечения конструкции продольных рабочих стержней с суммарной площадью не менее 0,1 % общей площади сечения.

Покажем на примере, как рассчитать диаметр стержней, которые можно применить в качестве рабочего армирования монолитной ленты.

Формула для расчета процента армирования по п.5.11 Пособия к СП 52-101-2003:

    \[\boxed{\mu_s = \frac{A_s}{b \times h_0} \times Pr }\]

где:
Pr - единица равная 100%;

As; – искомая суммарная площадь рабочих стержней, мм2;

b – ширина ленты, мм;

h0; – рабочая высота поперечного сечения,в мм.

Из этой формулы можно найти необходимую минимальную площадь стержней:

    \[\boxed{As = b \times h_0 \times 0,001}\]

При расчете нужно учитывать правила армирования ленточного фундамента, изложенные в Пособии к СП 52-101-2003 в «Руководстве по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)».

Согласно п. 5.17 Пособия к СП 52-101-2003 минимальный диаметр каждого из рабочих стержней ограничивается 12 мм.

Исходные данные: ленточный фундамент монолитный под наружные стены сечением 600 мм (b – ширина) на 500 мм (H – полная высота);

Сначала определяем h0, которая будет равна высоте сечения без защитного бетонного слоя.

Защитный слой, который необходимо выдерживать для нижних стержней на подошве ленты, укладываемых на песчаную или щебеночную подготовку – 70 мм. Но для верхней арматуры защитный слой – 30 мм, поэтому принимаем среднее значение – 50 мм:

h0 = H – 50 = 500 – 50 = 450 мм

Определяем площадь сечения ленты, которая будет использоваться в расчетах:

b х h0 = 600 х 450 = 270 000 мм2

Необходимая минимальная площадь рабочих стержней As в каждой зоне сечения будет равна:

As = b х h0 х 0,001 = 270 000 х 0,001 = 270 мм2

Для подборки диаметров рабочих стержней и их количества по минимально необходимой площади приводим Таблицу 1.

Диаметры арматурных стержней, ммСуммарная площадь арматуры при количестве стержней, мм2Вес арматуры, кг/м
123456789
628,357851131411701982262540,222
850,31011512012513023524024530,395
1078,51572363143934715506287070,617
12113,122633945256567979290510180,888
14153,93084626167699231077123113851,208
16201,1402603804100512061407160818101,578
18254,55097631018127215271781203622901,998
20314,26289421256157118852199251328282,466
22380,176011401520190022812661304134212,984
25490,998214731963245429453436392744183,840
28615,8123218472463307936854310492655424,830
32804,3160924133217402148265630643472386,310

По таблице находим ближайшие значения для минимального диаметра 12 мм при условии установки 3-х стержней. Значение будет между колонками с 2-мя (226 мм2) и 3-мя стержнями (339 мм2), принимаем большее – 339 мм2 для 3-х стержней.

В результате окончательно принимаем по 3 рабочих стержня, имеющих диаметр по 12 мм в обеих зонах поперечного сечения.

Схемы армирования ленточного фундамента

Приводим две основные схемы армирования монолитного железобетонного фундамента, которые могут использоваться в малоэтажном строительстве.

Схема 1 – если ширина ленты равна ширине стены

Схема армирования 1

Схема армирования 1

Схема 2 – если ширина ленты превышает ширину стены

Схема армирования 2

Схема армирования 2

В обоих случаях лента армируется по длине пространственным каркасом, рабочие стержни которого, расположенные в обеих зонах поперечного сечения конструкции, воспринимают и компенсируют растягивающие усилия.

Если лента выступает за грани цоколя более, чем на 0,5 м, растягивающие усилия будут возникать в зоне подошвы перпендикулярно к ее оси. Для того, чтобы компенсировать эти усилия, дополнительно используется армирование подошвы ленты в поперечном направлении к оси стены.

Оптимальное решение при этом – вязка сетки, состоящей из рабочих и конструктивных стержней и укладка ее перед установкой пространственного каркаса.

При устройстве пространственных каркасов кроме продольных рабочих стержней используется поперечная арматура, которая служит не только для соединения в одну конструкцию продольных прокатных изделий, но и для восприятия поперечных, перерезывающих нагрузок на ленту. Поперечная арматура противодействует также образованию трещин в конструкции и препятствует боковому выпучиванию рабочих стержней.

В составе пространственных каркасов поперечные прокатные изделия используются в виде хомутов, которые охватывают продольные рабочие стержни по периметру каркаса. Для хомутов применяется арматура с гладкой поверхностью класса А1, имеющая диаметр в пределах 6—8 мм.

Хомуты для пространственного каркаса

Хомуты для пространственного каркаса

В техническом документе СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» определены диаметры арматуры при разных условиях армирования, которые приводим в Таблице 2.

Условия применения арматурыМинимально допустимый диаметр стержнейСсылка на нормативный документ
Рабочая арматура, расположенная вдоль стороны длиной 3 м и менее10 ммПриложение 1 к Пособию "Армирование элементов монолитных железобетонных зданий", Москва, 2007
Рабочая арматура, расположенная вдоль стороны длиной более 3 м 12 ммПриложение 1 к Пособию "Армирование элементов монолитных железобетонных зданий", Москва, 2007
Конструктивная арматураСуммарное сечение должно быть не менее 0,1 % от площади сечения с высотой промежутка между слоями арматуры и половины ширины лентып. 3.104 "Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)", Москва, Стройиздат, 1978 г.
Поперечная арматура - хомуты внецентренно сжатых элементовНе меньше 1/4 наибольшего диаметра рабочей продольной арматуры и не менее 6 ммп. 8.3.10 СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры"
Поперечная арматура - хомуты вязаных изгибаемых каркасовНе меньше 6 ммп. 8.3.10 СП 52-101-2003 "Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры"
Поперечная арматура - хомуты вязаных каркасов высотой сечения 80 см и менее6 ммп. 3.106 "Руководство по конструированию железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)", Москва, Стройиздат, 1978
Поперечная арматура - хомуты вязаных каркасов высотой сечения более 80 см 8 ммп. 3.106 "Руководство по конструированию железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)", Москва, Стройиздат, 1978

Рассчитать точное количество круглых прокатных изделий поможет калькулятор расчета арматуры для ленточного фундамента, расположенный на этой странице.

Помимо требований по использованию для различных элементов пространственных каркасов и плоских сеток арматурных стержней определенного диаметра и класса нормами предусматривается ряд правил по армированию монолитных конструкций.

Правила армирования монолитного ленточного фундамента

При производстве армирования ленты необходимо соблюдать следующие нормативные правила:

  • рабочие стержни, установленные в продольном направлении каркасов и сетках, должны иметь один диаметр. В случае использования арматуры с разным диаметром стержни с большим диаметром необходимо располагать в нижней зоне ленты;
  • при ширине ленты, превышающей 150 мм, количество продольных рабочих элементов, размещенных в одном уровне, не должно быть меньше 2-х;
  • расстояние в каркасе между продольными элементами, установленными в одном уровне, не допускается меньше 25 мм в нижнем ряду каркаса и меньше 30 мм в верхнем ряду. При устройстве пространственных каркасов также необходимо предусмотреть места для пропуска глубинных вибраторов. В этих местах просвет не должен быть менее 60 мм;
  • шаг прокатных изделий в ленточном фундаменте, предусмотренный для монтажа хомутов или поперечных элементов, должен быть в пределах ¾ высоты конструкции и не больше 500 мм;
  • защитный слой бетона, предусмотренный для рабочей арматуры каркасов или сеток, расположенной у подошвы ленты, должен составлять 35 мм при бетонной подготовке, 65 мм – при подготовке из песка или щебня;
  • защитный бетонный слой с боковых и верхней сторон конструкции – 40 мм, для хомутов или поперечных стержней – 10 мм.

Изготовление каркасов и сеток

В случае использования обычного проката классов А1, по другой классификации А240, и А3(А400), производится вязка арматуры под ленточный фундамент, для чего применяется специальная вязальная проволока. Сварка арматурных элементов возможна только при использовании проката класса А400С или А500С.

Вязальная проволока изготавливается из низкоуглеродистой стали , имеет диаметр в пределах 0,8—1,4 мм и предназначена специально для изготовления элементов несущего каркаса железобетонных конструкций. При вязке каркасов и сеток используются отрезки длиной в 30 см, которые предварительно нарезаются.

Рассмотрим, как вязать арматуру для ленточного фундамента.  Для выполнения этого вида работ используется специальный инструмент: ручные крючки или насадки на шуруповерт, вязальные пистолеты, пассатижи, щипцы и кусачки.

Крючок для ручной вязки арматуры

Крючок для ручной вязки арматуры

Из отрезков вязальной проволоки делают петлю, которую пропускают вокруг места соединения арматурных стержней, затем концы закручивают вручную посредством вязального крючка или механическим способом с помощью насадки на шуруповерт или пистолета.

Способы вязки арматуры

Способы вязки арматуры

Так как каркасы и сетки из арматуры имеют ограниченную длину, может возникнуть вопрос: как связать арматуру для ленточного фундамента. По длине каркасы и сетки стыкуют с помощью: нахлеста без сварки или сваркой в случае использования проката класса А400С или А500С.

Пистолет для вязки арматуры

Пистолет для вязки арматуры

При сварке внахлест длина стержней соединяемой арматуры не должна составлять менее 10 диаметров.

В случае соединения нахлестом длина перепуска арматурных стержней должна составлять не менее 20 диаметров соединяемых элементов и не менее 250 мм.

Вязка арматуры механизированным способом

Вязка арматуры механизированным способом

Для расчета общего объема материала можно использовать калькулятор арматуры для ленточного фундамента, размещенный на этой странице.

Армирование углов и стыков

В местах примыканий и угловых соединений ленты происходит наибольшая концентрация напряжений, поэтому эти узлы необходимо дополнительно укреплять.

Для усиления используется установка дополнительных стержней по следующим схемам:

Усиление угла с помощью дополнительных стержней

Усиление угла с помощью дополнительных стержней

При усилении угла ленты устанавливаются дополнительные Г-образные и трапециевидные стержни, которые крепятся к рабочим стержням в верхнем и нижнем уровнях соединяемых каркасов.

Усиление Т-образного пересечения

Усиление Т-образного пересечения

При усилении Т-образного пересечения устанавливаются дополнительные трапециевидные стержни в верхнем и нижнем уровнях соединяемых каркасов.

Усиление пересечения стен

Усиление пересечения стен

При усилении взаимного пересечения устанавливаются трапециевидные стержни.

Армирование углов ленточного фундамента может осуществляться также по следующим схемам:

Усиление угла П-образными элементами

Усиление угла П-образными элементами

Вариант усиления угла Г-образными хомутами

Вариант усиления угла Г-образными хомутами

Вариант усиления Т-образного примыкания П-образным и Г-образными хомутами

Вариант усиления Т-образного примыкания  П-образным и Г-образными хомутами

Расчет количества арматуры

Покажем на примере, как подсчитать количество стержней, требуемое для устройства монолитной ленты.

Исходные данные: малоэтажный дом размерами 10 х 12 м со средней несущей стеной, расположенной по длинной стороне. Сечение ленты 400 х 400 мм. Армирование – пространственный каркас из 6 стержней рабочей арматуры диаметром 12А3. Хомуты из гладкого проката диаметром 6А1 расположены с шагом 400 мм.

Схема фундамента

Схема фундамента

Определяем общую длину ленты:

10 х 2 + 12 х 3 = 56 м.п.

Длина рабочих стержней будет равна:

56 х 6 = 336 м.п.

Длина одного хомута:

0,4 х 4 /1,15 = 1,39 м (1,15 – коэффициент перевода периметра сечения ленты в длину хомута)

Количество хомутов:

56 / 0,4 = 140 шт.

Длина стержней для хомутов:

140 х 1,39 = 194,6 м.п.

Результаты расчета увеличиваем на 5 % – это запас, учитывающий резку арматуры и отходы.

Рабочая арматура: 336 х 1,05 = 353 м.п. или 352 х 0,888 = 313 кг

Хомуты: 194,6 х 1,05 = 204 м.п. или 204 х 0,222 = 46 кг

Для быстрого подсчета количества материалов можно использовать расположенный здесь калькулятор ленточного фундамента арматуры и опалубки.

Способы и приемы армирования ленточного фундамента от эксперта портала Glaver.ru

Приведенные выше две основные схемы, по которым можно армировать ленточный фундамент, а также схемы устройства усиления углов и пересечений для малоэтажных домов были многократно использованы и испытаны при реальном строительстве в тяжелых грунтовых условиях – при основаниях, сложенных из просадочных и пучинистых грунтов. Поэтому рекомендую использовать эти схемы и приведенную информацию по подбору стальных стержней и конструированию каркасов для домов высотой в 1—2 этажа при любых грунтовых условиях.

При строительстве более сложных и ответственных сооружений для проектирования фундамента следует обратиться к профессиональным проектировщикам.