Расчет арматуры

Использование арматуры, особенно при заливке фундамента дома, особенно необходимо. Данный строительный материал позволяет уплотнить бетон и увеличить его технические характеристики, первой из которых является прочность. Для экономии арматуры следует знать, как правильно производить расчёт арматуры для фундамента.

Расчёт арматуры для ленточного фундамента

Ленточный фундамент дома применяется чаще чем плитовой, из-за следующих своих преимуществ:

  • Более низкая стоимость.
  • Требуется меньше времени для монтажа.
  • Обладает такими же сроком эксплуатации, как и монолитный тип фундамента.

Но для того, чтобы ленточный фундамент был смонтировав правильно, необходимо знать 2 основных параметра: диаметр продольных и поперечных арматурных стержней, а также их общее количество (с небольшим запасом).

Как правильно рассчитать диаметр продольной арматуры

Расчёт арматуры для ленточного фундамента дома подразумевает использование основного нормативного документа – СНиП 52-01-2003, в котором указано, что содержание продольной арматуры в железобетонном элементе должно составить не менее 0.1%. Т.е. совокупная площадь сечения прутьев арматуры должна быть не менее 0.1% от рабочей площади поперечного сечения железобетонного элемента.

Видеоролик на Youtube:

Правильный расчёт площади поперечного сечения железобетонной ленты следующий: необходимо ширину конструкции умножить на её высоту. Пример: при ширине фундамента дома 50 см и высоте 1 м, его площадь сечения составит 5000 см2. Теперь следует вспомнить СНиП 52-01-2003 и разделить полученное число на 1000, чтобы найти параметр для дальнейшего расчета. Ответ: 5 см2. Многие строители, даже с большим опытом работы, просто выбирают диаметр арматуры «на глазок», и чаще всего это оказываются стержни 8 или 10 мм. Но это неправильно, необходимо использовать установленные нормативными документами формулы и примеры расчётов.

Полезный калькулятор для расчёта ленточного фундамента: http://stroy-calc.ru/raschet-lentochnogo-fundamenta.

Теперь следует воспользоваться удобной таблицей:

Сверху указано количество стержней. Основное тело таблицы – площадь поперечного сечения арматуры (0.1% от площади поперечного сечения ленты фундамента). Совместив количество стержней и параметр площади сечения, в правой колонке узнаём необходимое сечение арматуры.

При заливке фундамента очень часто применяют стандартную схему монтажа с четырьмя арматурными прутьями. Из таблицы можно почерпнуть все необходимые данные и даже узнать расход арматуры на 1м3 бетона: 4 прутка с площадью поперечного сечения не менее 4 мм2, должны иметь диаметр 12 мм. Если взглянуть немного ниже, то можно использовать и 2 прутка, но тогда диаметр каждого из них должен составлять не менее 16 мм, что будет крайне расточительно.

Удобный калькулятор для ленточного фундамента: http://obystroy.com/kalkulyator-rascheta-kolichestva-betona-lentochnogo-fundamenta

На сегодняшний день, большинство строительных компаний не используется арматуру диаметром 8 мм при заливке бетона, пользуясь простыми расчётами:

  • При длине прутка менее чем 3 м, необходимо применять арматуру диаметром 10 мм.
  • При длине прутка более чем 3 м, необходимо применять арматуру диаметром 12 мм.

Подбирать диаметр для поперечных стержней ленточного фундамента следует точно также, как и для продольных. Никаких серьёзных особенностей в данном процессе не существует.

Расчёт общего количества арматуры для ленточного фундамента

При армировании фундамента и заливке бетона, прутья укладываются внахлёст, что обязательно следует учитывать при расчёте общего количества материала. Нижеприведённая схема точно отображает готовую конструкцию:

Сверху указана простая формула расчёта нахлёста арматуры. Диаметр прута необходимо умножить на 30. Ответом будет длина нахлёста.

Обозначения на схеме указывают на то, что нахлёст продольных прутьев должен составлять не менее 30 их диаметров. Например, диаметр одного прута составляет 8 мм, это значит, что нахлёст арматуры необходимо делать не менее чем 24 см.

Чтобы рассчитать количество материала при заливке бетона, следует привести простой пример. Ширина фундамента составляет 6 м, его длина – 12 м. Общая длина основания: складываем 6 м и 12 м, и умножаем на 2, ответом является 36 м. Фундамент простой и для армирования используются 4 прута, поэтому 36 м надо умножить на 4, ответ – 144 м. Такой расчёт несложный и его можно произвести за короткий временной промежуток. Более проблемно рассчитать тот самый нахлёст одного арматурного прута на другой.

Самым правильным способом расчёта нахлёста является составление схемы армирования, после чего следует посчитать все места стыков и умножить их на 30 диаметров прутьев. Помимо того, что данный способ правильный, он ещё достаточно трудоёмкий и требует массу времени, ведь таких стыков даже в фундаменте 6*12 будет огромное количество. Поэтому стараются сократить время расчётов и просто прибавить 15 % прутьев к общей длине армированной конструкции.

Расчёт количества продольных и поперечных стержней

Расход арматуры на куб бетона также требует такого параметра как сечение ленты фундамента. Пусть ширина будет 0.3 метра, а длина 0.8 метра. Данные значения являются реальными, но для них следует предусмотреть определенный запас. Поэтому ширина станет 0.35 метра, а длина 0.9 метра. Общая длина арматурного прута для такой конструкции составляет 2.5 метра.

Площадь сечения верхнего или нижнего пояса можно узнать по формуле: ширину ленты умножить на её высоту и на коэффициент 0.001. Получившуюся цифру найти из таблицы (значение ниже полученного указывать не следует). Верхней цифрой является необходимое количество прутов для фундамента. Слева – диаметр одного прутка. Справа – масса одного метра выбранной арматуры.

Зачем следует делать такой запас? Для большей устойчивости армированного каркаса, его немного вбивают в землю. Поэтому запас арматуры позволяет надёжно зафиксировать конструкцию и исключить её движение при заливке бетона. Расчёт одной стороны составит: 0.3 м умножить на 2 и сложить с длиной (0.9 м также умножить на 2).

На самой длинной стороне фундамента, которая составляет 12 м, необходимо разместить 6 таких конструкций. Таких сторон две, поэтому количество конструкций также следует умножить в 2 раза и получится 12 штук. Для широкой стороны фундамента потребуется не менее 10 арматурных прямоугольников, соответственно, для двух сторон – 20 штук, а общее количество 32 штуки.

Осталось длину одного арматурного прямоугольника перемножить на их общее количество, и ответом будет 80 м. Расчёт каркаса достаточно прост, и требует совсем небольшого количества времени, достаточно только набить руку.

Таблица площади поперечного сечения арматуры

Как видите, выполнить подбор арматуры совсем не сложно, если помнить школьный курс геометрии. Пользуясь специальными справочниками по площади сечения можно узнать многие другие важные параметры, которые позволят выбрать оптимальный материал для строительства дома вашей мечты и возведения любого другого объекта.

Пример расчета

Входные данные

Вес дома: 150 тонн

Вес дома необходимо указать без учета массы фундамента с учетом снеговой и эксплуатационной нагрузки на перекрытия и с коэф. запаса. Для примера взят одноэтажный каркасный дом.

Грунт: Суглинок. Коэффициент пористости : 0.5. Показатель текучести грунта : 1

Тип столбов: с уширением пяты (ТИСЭ)

Высота ствола столба : 2.5м

Диаметр ствола столба : 0.25м

Высота уширения столба : 0.3м

Диаметр уширения столба : 0.6м

Глубина погружения столба в грунт: 1.5м

Конструктивная схема здания: пятистенок (с одной внутренней несущей стеной по длинной стороне дома)

Размеры дома: 10х12м

Высота ростверка: 0.4м

Ширина ростверка: 0.4м

Условия расчета

Для расчета количества столбов нам необходимо знать расчетное сопротивление грунта, нагрузки на фундамент (вес дома со снеговой и эксплуат. нагрузкой) и массу фундамента.

В связи с тем, что масса фундамента нам не известна расчет будем производить в два приема. Изначально находим кол-во столбов без учета массы фундамента (столб + ростверк либо только столбы), а затем, когда масса фундамента становится известной, находим кол-во столбов с учетом его массы.

Расчет столбчатого фундамента будем производить по второй группе предельных состояний (по деформациям основания). За основу взят СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений.

Отступление: Стоит заметить, что многие застройщики называют данный тип свайно-ростверковым фундаментом. Если идти по строгой терминологии то это не верно и для расчета свайного фундамента используется СП 24.13330.2011. По нему будет составлен отдельный калькулятор.

Расчет сопротивление грунта основания

Если характеристики грунтов известны, то для расчета можно воспользоваться формулой из пункта 5.6.7 СП 22.13330.2011.

Определяем ширину подошвы фундамента. В нашем случае это столб, который имеет геометрию подошвы в виде круга. Поэтому в первую очередь находим площадь подошвы столба, которая будет опираться на грунт. Затем вычисляем ширину фундамента.

Площадь подошвы столба = Пи * Диаметр подошвы столба * Диаметр подошвы столба / 4 = 3.14 * 0.6 * 0.6 / 4 = 0.2826 м2 = 2826 см2

Ширина фундамента = квадратный корень (Площадь подошвы столба) = квадратный корень (2826см2) = 0.53 м

При неизвестной ширине фундамента можно найти расчетное сопротивление грунта по формулам через приложения В СП 22.13330.2011. Ширина фундамента в нашем случае задана конструктивно, но за основу можно взять данный расчет за счет минимальных требований к прочностным характеристикам грунта.

Формула при глубине заложения фундамента <=2:

R = R0(d+d0/2d0), где

— расчетное сопротивление грунта основания (при d=2м и b=1м), кПа;

— коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков, — k1 = 0,125, пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами — k1 = 0,05;

— ширина проектируемого фундамента, м;

— глубина заложения проектируемого фундамента, м;

— ширина фундамента равная 1м (R0);

— глубина заложения фундамента равная 2м (R0).

R = 350**(1.5+2)/2*2 = 214 кПа = 21.82 т/м2 = 2.2 кг/см2

Точный расчет по расчетному сопротивлению грунта можно найти в калькуляторе в разделе «Расчет».

Расчет столбов

Определение кол-во столбов без учета массы фундамента

Допустимая нагрузка на столб = Площадь подошвы столба * Расчетное сопротивление грунта = 0.2826 м2 * 21.82 т/м2 = 6.2 т

Зная расчетное сопротивление грунта, площадь подошвы столба и вертикальные нагрузки на фундамент (вес дома) можно вычислить количество столбов на дом без учета массы фундамента.

Количество столбов (без фундамента) = Нагрузка на фундамент / Допустимая нагрузка на сваю = 150 т / 6.2 т = 24.2 Округляем = 25 столбов

Расчет массы столбов

Для определения массы столбов необходимо вычислить объем столба и умножить на плотность бетонной смеси. Массу арматуры в расчете учитывать не будем. Также стоит учесть, что уширение в калькуляторе имеет больший объем, чем у сваи ТИСЭ, поэтому будет запас по объему столба и, следовательно, по ее массе и расходу бетона.

Расчет бетона осуществлен по методике, описанной в книге В.П. Сизова: Руководство для подбора составов тяжелого бетона. Алгоритм расчета можно посмотреть на странице калькулятора Бетон-Онлайн v.1.0. Для заданных параметров плотность бетонной смеси составила 2309 кг/м3

Масса одного столба = Объем столба * Плотность бетонной смеси = 0.21 м3 * 2309 кг/м3 = 484 кг = 0.48 т

Масса всех столбов = Количество столбов * Массу одного столба = 25 * 0.48т = 12 т

Расчет массы ростверка

Длина ростверка = + = + = 20 + 33.6 = 53.6 м

Длину ростверка можно посчитать и без учета ширины ростверка, но расчет будет менее точным.

Длина ростверка = 2 * 10 + 3 * 12 = 56 м

Объем ростверка = Длина ростверка * Ширина ростверка * Высота ростверка = 53.6 * 0.4 * 0.4 = 8.58 м3

Масса ростверка = Объем ростверка * Плотность бетонной смеси = 8.58 м3 * 2309 кг/м3 = 19 811 кг = 20 т

Массу арматуры не учитываем. Массу ростверка и столбов округляем в большую сторону до целого числа.

Расчет общего количества столбов на дом

Теперь, когда мы знаем не только нагрузки на фундамент, но и массу самого фундамента, можно рассчитать минимальное количество столбов, чтобы было соблюдено условие расчета по деформациям основания p<=R (среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта).

Конструктивно столбов может быть больше, но их минимальное количество мы определили. Расстановка столбов по периметру ростверка должна производиться с учетом нагрузок по осям (у несущих стен шаг столбов будет чаще). Также столбы должны быть размещены по углам дома и в местах пересечения с внутренними стенами.

ГОСТы, книги, программы

ГОСТы

СП 22.13330.2011 (СНиП 2.02.01-83*); СНиП 2.02.01-83
СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Книги

В.П. Сизова «Руководство для подбора составов тяжелого бетона»

Строительные калькуляторы

  • Калькулятор Бетон-Онлайн v.1.0 — расчет состава бетона.
  • Калькулятор Раствор-Онлайн v.1.0 — расчет состава раствора для кладочных работ.
  • Калькулятор Лента-Онлайн v.1.0 — проектирование ленточного фундамента.
  • Калькулятор ГрунтСопр-Онлайн v.1.0 — расчет сопротивления грунта основания.
  • Калькулятор ГПГ-Онлайн v.1.0 — расчет нормативной и расчетной глубины промерзания грунта.
  • Калькулятор МЗЛФ-Онлайн v.1.0 — расчет мелкозаглубленного ленточного фундамента (МЗЛФ).
  • Калькулятор Армирование-Ленты-Онлайн v.1.0 — расчет армирования ленточного фундамента.

Виды армирования свай

Важно: классификация способов армирования свай приведена в нормативе ГОСТ №10992 «Арматурные каркасы для ЖБ изделий». Согласно данному документы, выделяют два вида армирования — продольным и продольно-поперечным каркасом.
Рассмотрим каждый способ подробнее.

Армирование продольного типа

Железобетонные конструкции, армированные продольным способом, подлежат к использованию в устойчивой среднеплотной почве, к которой относится суглинок, глинистый грунт и супесь. Из-за уменьшения расхода арматуры при производстве такие сваи стоят дешевле, однако в плане сопротивления нагрузкам на изгиб и растяжение они уступают конструкциям с продольно-поперечным армированием, что не позволяет применять их в гидротехническом строительстве и в сейсмически опасных регионах.
Важно: армокаркас при продольном армировании состоит из параллельно расположенных арматурных прутьев в количестве 4 (для свай 20х20 — 30х30 см) или 8 шт. (для свай 35х35 и 40х40 см). Диаметр применяемой арматуры варьируется в пределах от 12 до 15 мм. (используются стержни рифленого типа марки А1 и А2).

Рис. 1.1: Продольное армирование свай
Части ствола сваи, испытывающие в процессе погружения повышенную нагрузку, укрепляются дополнительным армированием:

  • Верхний контур сваи усиливается металлическими сетками, расположенными на расстоянии 5 см. друг от друга (количество 4-5 шт). За счет наличия сеток уменьшается риск возможного повреждения конструкции в процессе забивки молотом;
  • Нижняя часть ствола укрепляется стальной обоймой конической формы, которая приваривается к поверхности подогнутых вовнутрь арматурных прутьев. Обойма усиливает бетонное острие сваи, которое во время погружения может сталкиваться с камнями и горными породами.

Армирование продольно-поперечного типа

Для продольно-поперечного способа армирования железобетонных конструкций применяется пространственный армокарас, состоящий из параллельных прутьев арматуры (диаметр 11-15 мм., класс А1 или А2) и соединяющих их поперечных перемычек (диаметр 8-12 мм). Также в качестве соединяющих элементов может применяться собранная в цилиндр металлическая сетка, такой подход реализуется при армировании свай круглого сечения.

Рис. 1.2: Каркас для продольно-поперечного армирования
Важно: поскольку разные участки ствола в процессе забивки свай и работы в грунте испытывают отличающиеся по силе нагрузки, шаг поперечных перемычек по периметру ствола отличается. В центральной части он варьируется в диапазоне 20-30 см. (для конструкций длиной до 12 м — 30 сантиметров, длиннее 12 м — 20 см), по боковым граням ствола — 10 см.

Рис. 1.3: Продольно-поперечное армирование
Оголовки свай, армированных данным методом, также усиливаются арматурной сеткой и конусообразной стальной обоймой на острие ствола.

Армирование по методу предварительного напряжения

Метод преднапряжения является вспомогательной технологией, реализация которой позволяет достичь увеличения плотности бетона и, как следствие, существенного повышения сопротивления сваи нагрузкам на разрыв и изгиб.
Преднапряжению подлежат сваи как с продольными, так и с продольно-поперечными армокаркасами. Главное условие — используемая арматура должна изготавливаться из высокопрочных сталей 35-ГС и 30-ХГ2С (применяются стержни 13-20 мм в диаметре).

Рис. 1.4: Гидродомкрат для преднапряжения арматуры
Суть метода состоит в следующем: после укладки армокаркаса в заливочную форму он растягивается с помощью гидравлических домкратов (для увеличения эффективности растяжения на арматуру воздействуют электрическим током, за счет которого снижается плотность стали). После фиксации каркаса в растянутом состоянии заливочная форма заполняется бетоном. Напряжение домкратами убирается после схватывания бетона «на отлип» — арматура возвращается до первоначального размера и в месте с ней сжимается и уплотняется бетон, частично отвердевший вокруг прутьев.

Рис. 1.5: Гидродомкрат в процессе работы

Как выполняется армирование ЖБ свай

Для армирования железобетонных конструкций, при их самостоятельном изготовлении, нужна болгарка и сварочная установка. Сварка, при надобности, заменяется вязальной проволокой, которой также можно соединять отдельные стержни в армокаркас.
Рис. 2.0: Вязка армокаркаса проволокой
Технология выполнения работ следующая:

  • Арматурные прутья болгаркой нарезаются на отрезки требуемой длины. Имеет смысл заготавливать материалы предварительно, чтобы потом одним заходом сделать каркасы для всех свай;
  • Подготавливаются прутья для поперечных перемычек — их можно выгнуть, придав стержням требуемую округлую форму, либо разрезать на 4 отдельных куска, которые впоследствии будут привариваться по боковым контурам продольного каркаса;
  • Имея в наличии исходный материал начинается сборка армокракасов — два продольных прутка укладываются параллельно друг другу и соединяют в трех местах (по центру, снизу и сверху) поперечными перемычками. Далее аналогичным образом свариваются оставшиеся два прутка, после чего заготовки стыкуются между собой;
  • По завершению сборки каркасов арматура покрывается антикоррозийным грунтом.

Рис. 2.1: Сварной арматурный каркас
Монтаж армокаркаса в скважину выполняется по следующей технологии:

  • После проходки скважины на требуемую глубину ее дно устилается геотекстилем либо рубероидом;
  • Поверх геотекстиля делается 10 сантиметровая подсыпка из мелкофракционного щебня;
  • Из рубероида скручивается цилиндр (фиксируется скотчем) высотой равный размеру продольных прутьев, и опускается в скважину;
  • Подготовленный армокракас устанавливается внутри опалубки;
  • Скважина заполняется бетонной смесью (класс бетона — М200 либо М300). После заливки бетон штыкуется арматурным прутком с целью удаления из смеси полостей воздуха.

Рис. 2.2: Скважина под набивную сваю перед заливкой бетоном
К дальнейшему строительству армированная свая будет готова спустя 25-30 дней после заливки — простой нужен для набора бетоном прочности.

Расчет количества арматуры для плитного фундамента

Плитный фундамент используется в тех местах, где необходима минимизация земельных работ. Для данной разновидности фундамента вполне достаточно полуметрового котлована, но необходимы такие строительные материалы как гидроизоляция, утеплители различного рода и небольшой слой песка.

Узнав диаметр арматуры или её сечение, данные необходимо подставить в таблицу, которая покажет не только вес одного метра материала, но и метраж в одной тонне, что очень удобно при расчётах общего количества.

Расход арматуры и расчёт её диаметра производится согласно следующих нормативных документов:

  • СНиП 52-01-2003.
  • СНиП 3.03.01-87.
  • ГОСТ Р 52086-2003.

Критерии выбора диаметра арматуры для плитного фундамента следующие:

  • При строительстве одноэтажных зданий с небольшой нагрузкой на площадь, следует использовать стержни диаметром 10 мм. На углы зданий необходимо укладывать материал толщиной не менее 12 мм.
  • Для каркаса двухэтажных зданий надо применять арматуру толщиной 12 мм и более. На углы плиты – 16 мм.

Удобный калькулятор для расчёта монолитной плиты: https://wpcalc.com/slab-foundation/

При расчёте количества материала для плитного фундамента следует помнить, что самым оптимальным является шаг в 20 см. Зная шаг, остаётся общую ширину монолитной конструкции поделить на данную цифру. Пример: ширина плиты составляет 8 м, необходимо разделить её на 0,2 м и получим количество 40, которое теперь следует удвоить (если ширина конструкции равна её длине), соответственно – 80 штук. Если стороны не совпадают, то их расчёт надо делать отдельно.

Видеоролик на Youtube:

Для определения общей длины арматурных стержней, их количество следует умножить на длину одной штуки: 80 штук умножить на 6 м (наиболее длинная арматура). Ответ: 480 м арматуры для плиты.