* * *

Конструирование и расчет плит

Общие положения :

1. Класс (марка) бетона - не менее В30 (М400).
2. Защитный слой

3. Продольная арматура - А III. Минимальный диаметр d12мм. Шаг не более 200 х 200 мм

4. Процент армирования (для растянутой арматуры) µ=0,5...2 (при больших процентах армирования требуется устройство балочного (кессонного) перекрытия).
5. Поперечная арматура - d8А I (ставится при необходимости по расчету), конструктивная поперечная арматура - в виде шпилек в узлах сетки в шахматном порядке;

расчетная поперечная арматура (в местах сосредоточенных нагрузок) в виде специально разработанных арматурных изделий.

Указания по конструированию :

Минимальный толщина плиты h > 200 (160) мм;

Отношение пролета плиты к толщине L/h не более 30;

Плиту армировать сетками в виде основного (фонового) и дополнительного армирования (в местах значительных изгибающих моментов). Верхнюю и нижнюю фоновую арматуру рекомендуется назначать равной. Под нижней расчетной арматурой рекомендуется располагать сетку 4ВрII - 100/100 (в толщине защитного слоя), сетку крепить вязальной проволокой к основному армированию;

Необходимо учитывать взаимное расположение стержней разных направлений одной сетки – стержни рабочего направления следует устанавливать наиболее ближе к грани плиты («Симметричная» схема армирования);

Если затруднительно выбрать рабочее направление плиты применяется «кососимметричная» схема армирования;

Схемы взаимного расположения стержней следует указывать на рабочих чертежах.

Указания по расчету:

Коэффициент запаса (в дополнении к СНиП) назначать: для плит работающих одном направлении [k]=1,25, для плит работающих в двух направлениях [k]=1,15;

Консольные участки плит (балконы) рассчитывать с коэффициентом запаса [k]=1,6.

* * *

Конструирование и расчет колонн

Общие положения:

1. Класс (марка) бетона - не менее В30 (М400).
2. Защитный слой - 35 мм (для подземных конструкций - 40 мм).
3. Продольная арматура - А III. Минимальный диаметр d16мм.
4. Процент армирования - µ=1...4 (при больших процентах армирования требуется установка "жесткой" арматуры).
5. Поперечная арматура - d8А I. Шаг хомутов s=h/2, но не более 15 d (с учащением s=100 мм в приопорных зонах).

Указания по конструированию:

Минимальный размер сторон (h1;h2) > 300 мм;

Отношение длины колонны к ширине (гибкость) L/h не более 20;

При соотношении сторон сечения h1/h2=1...1,5 применять схемы армирования «К1», «К2»,«К3».

При соотношении сторон сечения h1/h2=1,5...2 применять схемы армирования «К4», при большем соотношении применять схему армирования пилонов;

По высоте здания схему армирования колонн рекомендуется принимать постоянной. Схему армирования колонн крайнего ряда рекомендуется принимать аналогично армированию колонн среднего ряда.

Указания по расчету:

Коэффициент запаса (в дополнению к СНиП) на совместное действие продольной силы (N) и изгибающего момента (M) принимать [k]=1,4; на действие одной продольной силы принимать [k]=2;
- При назначении размеров сечения продольную силу рекомендуется воспринимать полностью телом бетона;

При действии на колонну продольной силы с малым эксцентриситетом e (e=M/N) сечение колонны допускается рассчитывать только на действие продольной силы с учетом коэффициента продольного изгиба (табл. ниже).

* * *

Конструирование и расчет стен и пилонов

Общие положения:

1. Класс (марка) бетона - не менее В22,5 (М300).
2. Защитный слой - 25 мм (для подземных конструкций - 40 мм).
3. Продольная арматура - А III. Минимальный диаметр d12мм. Шаг не более 250 х 250 мм
4. Процент армирования - µ=0,5...2 (при больших процентах армирования требуется установка "жесткой" арматуры).
5. Поперечная арматура - d8А I. ставиться в виде шпилек в узлах сетки в шахматном порядке. по граням стен (пилонов) ставятся замкнутые хомуты с шагом s равным шагу сетки (в особо нагруженных случаях шаг хомутов s=h/2).

Указания по конструированию:

Минимальный толщина стены h > 200 (160) мм;

Отношение высоты стены к толщине (гибкость) L/h не более 30;

Пилоны армировать по схеме "ПН1", стены по схеме "См1";

По высоте здания схему армирования стен рекомендуется принимать постоянной.

Указания по расчету:

Ввиду назначения сечений из конструктивных (архитектурных) соображений, коэффициент запаса принимать равным [k]=1,0;
- При наличии значительных локальных нагрузок на участке стен в теле стены формировать "скрытую" колонну, либо выполнять пилястру с армированием по типу колонны.

* * *

Для колонн и стоек, работающих на центральное сжатие, принимается как правило квадратное сечение, иногда прямоугольное, круглое или кольцевое.

Если эксцентриситет большой (как правило при внецентренном сжатии) поперечное сечение колонн принимается прямоугольным. При этом большие стороны прямоугольника располагаются параллельно оси, относительно которой имеется эксцентриситет.

Также сече­ния могут быть тавровыми или двутавровыми.

В целях стандартизации прямоугольные и квадратные сечения колонн принимаются кратными 50 мм.

Бетон для колонн используют не ниже класса В15 (С12/15), а для очень нагруженных не ниже В25 (C20/25).

Колонны армируются продольными стержнями арматуры диаметром ≥ 12 мм из стали класса А400C или А500C и поперечными стержнями или хомутами из стали класса А240C

Размеры поперечных сечений следует принимать такими, чтобы гибкость l0/r относительно любой из осей поперечного сечения не превышала 120.

Толщину защитного слоя бетона следует принимать ≥ диаметра стержней продольной арматуры и не менее 20 мм. Если в качестве продольной арматуры используется полосовая, угловая или фасонная сталь (в колоннах с жестким каркасом), толщина защитного слоя принимается ≥50 мм;

Расстояние в свету между вертикальными стержнями арма­туры, расположенными при бетонировании вертикально, должно быть ≥ 50 мм. Расстояние между стержнями продольной арматуры, расположенными при бетонировании гори­зонтально или под наклоном принимается ≥ 25 м. для арматуры нижней части сечения и ≥ 30 мм для арма­туры верхней части сечения. Кроме того, это расстояние во всех случаях при­нимается ≥ наибольшего диаметра арматуры;

Поперечные стержни или хомуты устанавливаются без расчета, но с соблюдением следующих требований:

При ширине поперечного сечения колонны ≤ 400 мм и количестве про­дольных стержней ≤ 4 проектируются плоские сварные каркасы без дополнительных стержней или оди­ночные хомуты;

При ширине поперечного сечения > 400 мм или количестве продольных стержней > 4 устанавливаются дополнительные стержни на одной из сторон или ставятся двойные хомуты; - вместо двойных хомутов допускается ставить соедини­тельные шпильки;

Перегибы хомутов предусматривают на расстояниях ≤ 400 мм по ширине поперечного сечения элемента.

Конструкция вязаных хомутов колонн должна быть такова, чтобы продольные стержни (по крайней мере через один) располагались в местах перегиба хомутов, а эти перегибы - на расстоянии не более 400 мм по ширине сечения колонны. При ширине грани не более 400 мм и числе продольных стержней у этой грани не более четырех допускается охват всех продольных стержней одним хомутом.

Расстояние между стержнями поперечной арматуры принимается ≤ 15 d для вязаных каркасов и ≤ 20 d для сварных каркасов, чтобы предотвратить боковое выпучивание про­дольных стержней арматуры. При этом во всех случаях это расстояние принимается ≤ 500 мм, где d - это наименьший из диаметров продольных сжатых стержней.

В колоннах с коэффициентом армирования продольной арматурой > 3% поперечные стержни или хомуты ставятся на расстояниях ≤ 10d и ≤ 300 мм.

Диаметр поперечной арматуры в сварных каркасах принимается:

5-6 мм - при d = 14-20 мм продольных стержней;

8 мм - при d = 22-25 мм;

10 мм - при d = 28-32 мм;

12 мм - при d = 36-40 мм;

В вязаных каркасах диаметр хомутов принимается ≥ 5 мм и ≥ 0,25d, в данном случае d - наибольший диаметр стержней продольной арматуры.

Как правило при изготовлении вязаных каркасов используются хомуты из проволоки класса А240С диаметром 6-8 мм.

· Поперечная арматура в колоннах устанавливается в целях:

1. Образования пространственных каркасов.

2. Предотвращения выпучивания продольных стержней.

3. Сдерживания поперечных деформаций бетона.

· Диаметр поперечной арматуры d назначается из условия свариваемости с продольными арматурными стержнями диаметром D :

d ³ 0,25D = 0,25×36 = 9 мм . Принимаем поперечную арматуру Æ10 A 400 .

· Шаг поперечных арматурных стержней не должен превышать

s £ 20D = 20×36 = 720 мм ; s £ 500 мм . Принимаем s = 500 мм (кратно 50 мм ).

· Для усиления концевых участков у торцов колонн дополнительно устанавливаем сетки косвенного армирования из арматуры Æ8 A-I, размер ячеек 50´50 мм . Назначаем 5 сеток с шагом 75 мм.

а b для продольной рабочей арматуры колонны (см. рис. 5.1) должна составлять (п. 5.5 СНиП ):

4 не менее диаметра стержня: а b ≥ D = 36 мм ,

4 не менее 20 мм : а b ≥ 20 мм .

Требуемое расстояние от наружной грани колонны до центра тяжести продольной арматуры: а ³ а b + 0,5D = 36 + 0,5·36 = 54 мм . Принимаем a = 55 мм , тогда

фактическая толщина защитного слоя: а b = а – 0,5D = 55 – 0,5·36 = 37 мм > 36 мм .

· Толщина защитного слоя бетона а bw для поперечной арматуры колонны должна составлять (п. 5.5 СНиП ):

4 не менее диаметра стержня: а bw ≥ d = 10 мм ,

4 не менее 15 мм : а bw ≥ 15 мм .

Фактическая толщина защитного слоя: а bw = а b – d = 37 – 10 = 27 мм > 15 мм .

Таким образом, требования по величине защитного слоя выполнены.

6. Расчёт и конструирование фундамента

Общие соображения

· Проектируем отдельный монолитный фундамент мелкого заложения под колонну.

4 Основные понятия: обрез фундамента – это его верхняя грань, подошва фундамента – это нижняя грань, основание – это грунт под подошвой фундамента, глубина заложения подошвы фундамента – это расстояние от наружной поверхности земли до подошвы фундамента.

· Глубина заложения подошвы фундамента назначается исходя из инженерно-геологических условий площадки строительства, климатических воздействий на верхние слои грунта (в том числе условий промерзания грунта), а также конструктивных особенностей возводимого и соседних сооружений и составляет (по заданию) d f = 1,8 м .

· Пол 1-го этажа выполняется по грунту. Заглубление обреза фундамента относительно уровня пола 1-го этажа: d 0 = 0,15 м .

· Высота фундамента: h f = d f – d 0 = 1,80 – 0,15 = 1,65 м .

· Расчётное сопротивление грунта основания (по заданию):

R 0 = 0,25 МПа = 250 кН /м 2 .

· Средний удельный вес фундамента с грунтом на его уступах: g m = 20 кН /м 3 .

· Классы бетона и арматуры для фундамента принимаются такими же, как и у ригеля перекрытия (п. 4.1). Коэффициент длительности действия нагрузки g b 2 = 0,9.

· Под фундаментом предусматривается бетонная подготовка толщиной 100 мм из бетона класса В3,5 .

· Фундамент под колонну, сжатую со случайным эксцентриситетом, воспринимает в основном только продольную силу, поэтому его можно считать центрально нагруженным. Продольные усилия на уровне верха фундамента допускается принимать такими же, как на уровне пола 1-го этажа (п. 2.4.4):

нормативное усилие N k . n = 2826,3 кН ; расчётное усилие N k = 3164,2 кН .

Центрально нагруженные фундаменты обычно проектируют квадратными в плане.

4 Внецентренно нагруженные колонны и фундаменты проектируют прямоугольными, при этом широкая сторона располагается в плоскости действия изгибающего момента.

· Расчёт фундамента состоит из двух этапов. На первом из них проводится расчёт по несущей способности основания, в результате которого определяется площадь подошвы фундамента A f . На втором этапе выполняется расчёт по несущей способности самого фундамента, на основе которого определяются остальные размеры фундамента и площадь рабочей арматуры A s , f .

Вопрос о том, как правильно выполнить армирование колонн из бетона, в первую очередь волнует тех людей, которые ведут строительство дома своими руками без профессионально разработанного проекта. Несомненно, это не самый лучший вариант возведения жилища, но так строят многие. Строят, советуясь с опытными строителями или пытаясь найти нужную информацию в Интернете. Советы – советами, но лучше всего заказать расчет колонн в проектной организации. Правда, такая возможность есть не у всех. А среди большого объема информации на эту тему, имеющегося в Интернете, практически все малоопытные люди ищут не формулы расчетов монолитных колонн, а простой совет: делай так. Чтобы помочь таким людям, я постараюсь дать максимальный объем информации, используя в качестве примера стандартные схемы армирования колонн для загородных домов средней площади.

Предчувствуя замечания профессиональных строителей по поводу содержания этой статьи из-за отступления от правила обязательно выполнять расчеты, я хочу спросить их вот о чем. Если, согласно схематическому проекту будущего дома, на первом этаже посредине здания будет всего одна или две (при пролетах менее 6 метров), а на монолитном перекрытии первого этажа будет находиться мансардный этаж, зачем морочить людям голову расчетами, тем более, если они не имеют возможности обратиться в проектную организацию? Совсем другое дело, если конструктивная схема будущего дома будет состоять из монолитных колонн и монолитного перекрытия, а стены будут возводиться из легких материалов. В этом случае расчет колонн и перекрытия обязателен!

Правильное армирование колонн – залог прочности всего дома. Вместе с тем, не стоит армировать монолитные колонны, пользуясь расхожей фразе о том, что чем больше металла, тем крепче конструкция. Кроме того, расположение основной и монтажной арматуры в каркасе колоны оказывает решающее влияние на устойчивость данной конструкции.

Сечение монолитной колонны зависит от воздействующей на неё суммарной нагрузки. Чаще всего применяется сечение 400х400 мм, хотя по результатам расчетов возможно устройство монолитных колон сечением 300 х 300 мм. Кстати, первое сечение совпадает по размерам с параметрами кирпичной колонны толщиной в 1 ½ кирпича, но монолитная колонна обладает большей прочностью. Поэтому предлагаю вам рассмотреть армирование колонны из бетона именно такого сечения.

Стандартная схема армирования монолитной колонны состоит из четырех вертикальных стержней основной, рабочей арматуры Ø 14-16 мм А 400С, которая соединяется в единую конструкцию с помощью монтажной арматуры Ø 6 мм А 240С.

Чтобы не нарушать свойств арматурных стержней в местах их соединения с другой арматурой, что неизбежно происходит в результате сварочных работ, каркас армирования колонны лучше «связать» с помощью вязальной проволоки Ø 1-1,2 мм. К тому же, такой способ более приемлем для тех, кто не имеет опыта в выполнении сварочных работ. Чтобы облегчить вязание арматурного каркаса, можно изготовить несложный крючок из проволоки Ø 6 мм. Но перед непосредственной сборкой каркаса колонны его основным рабочим стержням нужно придать определенную форму, а из монтажной арматуры – изготовить рамки – хомуты, что достаточно легко выполняется с помощью простого гибочного приспособления.

Основная арматура в колонне

В зависимости от конструктивной схемы вашего будущего дома и места расположения колонн, а также,

соответственно, воздействующей на них нагрузки, изменяется не только диаметр основной арматуры, но и её форма. Так, если колонны в вашем доме будут не только на первом, но и на втором этаже, то длина стержней колонны первого этажа определяется с учетом следующих значений:

• Расстояние от верха фундамента под колонну до уровня чистого пола;
• Высота этажа (от уровня чистого пола до низа монолитного перекрытия);
• Толщина монолитного перекрытия;
• К полученной сумме значений необходимо добавить 800 мм – именно на такую высоту должны выступать стержни над монолитным перекрытием для надежного соединения каркасов колон первого и второго этажей.

Помимо такого выпуска арматуры, для надежного соединения каркасов колонн между собой верхнее окончание стержней нижней колонны должны иметь изгиб, как показано на схеме 1. Значение отклонения от основного направления арматурного стержня соответствует диаметру арматуры каркаса колонны верхнего этажа и выполняется на участке, который будет находиться в монолитном перекрытии.

И ещё одна деталь. Основные стержни с сужениями нужно устанавливать так, чтобы смещение каждого стержня было направлено к центру колонны.

Если же в вашем доме будут располагаться только на одном этаже и служить для опирания монолитного перекрытия, для обеспечения дополнительного соединения каркаса монолитного перекрытия и колонны рабочие стержни в верхней части изгибаются, как показано на схеме 2. При этом длина стержней по сравнению с первым вариантом подсчета уменьшается на 400 мм. О том, как выполняется дополнительное усиление каркаса монолитного перекрытия в месте опирания на колонну, я расскажу в следующем посте.

Конструктивная арматура каркаса колонны

Как уже было сказано выше, значительно проще собрать каркас колонны, если конструктивную (монтажную) арматуру согнуть рамками или, как говорят у нас – хомутами. Размер такой рамки из арматуры Ø 6 мм А 240С для колонны сечением 400 х 400 мм определяется с учетом того, что защитный слой бетона вокруг каркаса должен составлять не менее 20 мм с каждой стороны. Исходя из этого, длина одной стороны такой рамки-хомута должна быть не более 360 мм по наружной стороне. Кроме того, по краям заготовки выполняются специальные загибы, которые обеспечивают хомута на одном из основных стержней в одну рамку. Внутренний диаметр таких загибов должен быть не меньше диаметра основной арматуры.

Расположение монтажной арматуры (хомутов) по длине каркаса неравномерное. Оптимальное расположение хомутов с указанием величины шага показано на схеме 1. Также хочу обратить ваше внимание на самые нижние хомуты, устанавливаемые в нижней части каркаса колонны. Так как в этой зоне колонны происходит соединение выпусков основной арматуры фундамента и основного каркаса колонны, то стержни в нижней части будут двойными. Поэтому длина загибов по краям заготовки хомута должна быть

больше,чем показано на схеме 3, чтобы захватить сразу два стержня. Кроме того, устанавливать нижние хомуты из монтажной арматуры Ø 6 мм А 240С необходимо не при изготовлении каркаса колонны, а после его соединения с арматурными выпусками фундамента. В противном случае, в критической ситуации при сильном боковом ударе готовая монолитная колонна может просто упасть, как показано на фото. Судя по выпускам фундаментной арматуры, они имею недостаточную длину, а хомуты, установленные на каркас колонны, попросту снялись с таких коротких выпусков.