Мин истер с i во ет ро и г ел ьст ва и жилищно-коммунального хозяйства Росс и й с ко й Феде рации
Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве»
Методическое пособие
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ СВАРНЫХ СЕТОК II КАРКАСОВ ЗАВОДСКОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Москва 2016
Содержание
Введение...............................................................................................................................5
Раздел 1. Основные положения..........................................................................................9
1.1 Область применения............................................................................................9
1.2 Дополнительные термины, обозначения и определения,
используемые в пособии...................................................................................11
Раздел 2. Арматурная сталь..............................................................................................13
2.1 Общие положения..............................................................................................13
2.2 Свойства арматуры, определяющие области и условия ее
применения в железобетонных конструкциях................................................19
2.2.1 Прочность и пластичность арматуры при статических и
кратковременных динамических нагрузках....................................................19
2.2.2 Сцепление армату ры с бетоном................................................................21
2.2.3 Свариваемость............................................................................................24
2.2.4 Хладостойкость..........................................................................................25
2.2.5 Коррозионная стойкость..........................................................................26
2.2.6 Выносливость при многократно повторяющихся нагрузках................28
2.3 Данные для расчетов и конструирования........................................................29
2.3.1 Эффективность и взаимозаменяемость применяемых видов
арматуры.............................................................................................................30
Раздел 3. Конструктивные требования к армированию железобетонных
конструкций зданий..........................................................................................35
3.1 Нормативная база...............................................................................................35
3.2 Расположение арматуры в элементах железобетонных конструкций.........42
3.2.1 Защитный слой бетона...............................................................................42
3.2.2 Расположение арматуры в поперечном сечении, минимальные
расстояния между стержнями...........................................................................43
2
1.2 Дополнительные термины, обозначении н определения, используемые в
пособии
Арматурный стержень - арматурный прокат различных видов, диаметра и профиля в прутках при поставке и после размотки мотков и правки в холодном состоянии или в составе сварной или вязаной сетки.
Диаметр арматуры ((f) - если не оговорено особо в тексте Пособия, означает номинальный диаметр арматурного стержня по стандарту' или ТУ.
Номинальный диаметр - диаметр круга, площадь которого равна номинальной площади поперечного сечения стержня.
Сварная сетка - плоские сварные армату рные изделия с расположенными под заданным углом друг к другу продольными и поперечными прутками одинакового или различного диаметров и длины, во всех точках пересечения сваренными между собой электросваркой сопротивлением на автоматических или полуавтоматических сварочных линиях.
Сварные каркасы - пространственные или плоские арматурные изделия с расположенными под углом друг к другу продольными и поперечными прутками одинакового или различного номинального диаметра и длины, сваренные между собой во всех точках пересечения электросваркой сопротивлением на автоматических или полуавтоматических сварочных линиях.
Партия сеток количество сварной сетки одного типа, произведенной одним производителем и представленное для испытаний.
Стандартное свойство - свойство, которое является частью требований контроля качества для всех испытываемых образцов и нормируется стандартами.
Стандартное сварное изделие - сварное арматурное изделие, где параметры расположения стержней и ячеек определены нормативной базой на это изделия.
Сварное изделие целевого назначения - сварное изделие, произведенное согласно особым целевым требованиям потребителя.
II
Продольный стержень - арматурный стержень сварной сетки в направлении ее производства.
Поперечный стержень арматурный стержень сварной сетки в направлении, перпендикулярном ее производству.
Шаг ячейки сварной сетки - расстояние между осями стержней сварной
сетки.
Выпуск сварной сетки - длина продольного или поперечного стержней, выступающая за центр стержней расположенных по периметру сварной сетки.
Данна сварной сетки заводскою производства - длинная сторона сварной
сетки.
Ширина сварной сетки заводского производства - короткая сторона сварной сетки.
Пакет - два или более листа сварной сетки, упакованные вместе.
12
2.1 Общие положения
Монолитные железобетонные конструкции зданий, в большинстве случаев, являются конструкциями без предварительного напряжения. В качестве устанавливаемой по расчету арматуры таких конструкций обычно применяют стержневую арматуру периодического профиля классов А400, А500 в виде отдельных стержней и в составе сварных или вязаных каркасов, а также холоднодеформированную арматуру класса В500 и арматурную проволоку класса Вр500 (Вр-1) преимущественно в сварных сетках и каркасах.
При соответствующем обосновании в монолитном строительстве может быть использован арматурный прокат винтового профиля, производимый отечественной металлургической промышленностью пока в ограниченных объемах.
Использование арматуры классов А600 и более в монолитных конструкциях допустимо при надлежащем обосновании, однако ее применение нельзя считать массовым и в настоящем пособии рассматривается лишь применительно к объектам, проектируемым на восприятие особых нагрузок.
Для поперечного и косвенного армирования обычно применяют гладкую арматуру класса А240 из стали марок СтЗсп и СтЗпс (с категориями нормируемых показателей не ниже 2 по ГОСТ 535), но также и арматуру периодического профиля классов А400, А500, В500 и Вр500.
Для конструкций без предварительного напряжения арматура с гарантируемым пределом текучести (физическим или условным) 500 МПа обладает комплексом характеристик, наиболее органично вписывающимся в работу структурного композита, которым является железобетон (табл. 2.1).
13
Применение такой арматуры оптимально обеспечивает прочность, трещиностойкость и деформативностъ элементов железобетонных конструкций, причем расход стали по сравнению с классом 400 может быть уменьшен до 20%.
14
Таблица 2.1 - Характеристики арматуры классов прочности 400 и 500МПа |
Нормативные докх четы, механические свойства, области применения, эффективность, потребительские и технические характеристики |
Класс армату ры __ |
А4(К) (А-Ш) |
А500
А5(ЮС I А500СП |
В 500 |
Вр500 |
Марк! спин |
35 ГС 25Г2С |
СтЗСП. СтЗПС. СтЗГПС. 18ГС. 20ГСФ |
|
|
Док\ менты для поставки |
ГОСТ 5781-«2 |3| |
ГОСТ Р 52544-2006 |4| ТУ 14-1-5526-2006 151 |
Г ру ппа ТУ |
ГОСТ 6727-80 161 |
Документы для расчета, проектирования и применения в и ж/б констр\ кциях |
СП 631330.2012
(Актуализированная редакция СНнП 52-01-03)121 |
СП 631330.2012 (Акту.хэшированная редакция СМнП 524)1-03); ТСН 102-00 |7|;
СТО 36554501-005-200618| |
Временное сопротивление разрыву «г.. Н/мч: |
590 |
600 |
540 |
450 |
Предел теку чести «,(в,о). Н/мм: |
390 |
500 |
500 |
495 |
Относительное удлинение
65. бма« . ИЛИ О,оо.% |
(6,) 14 |
(6,) 14 |
<6_) 2.5 |
(6,оо) 2Л-3 |
Угол нагиба при диаметре оправки C=3d |
90° |
160-180° |
180° |
- |
Расчетное сопротнв.1снне растяжению К„. МПа |
355 |
435 |
450 |
435 |
415 |
Расчетное сопротивление сжатию R„. МПа |
355 |
435(400) |
450(400) |
415(380) |
390 (360) |
Нормативное сопротивление. R... МПа |
400 |
500 |
500 |
Применение при
отрицательных
температурах |
до -40 °С (35ГС) до -55 °С (25Г2С) |
до -70 °С |
До -55 °С |
До -10 °С |
Применение ду говой сварки прихватками
крестообразных соединений |
'Запрещено (35ГС) Допускается (25Г2С) |
Допускается |
Допускается
лля
нерабочих
стержней |
Запрещено |
Вид профиля арматуры, минимальное значение критерия Рема. /* |
Кольцевой /* нс нормируется |
Серповидный
2-сторонннй
/*>0.056;
кольцевой |
Серповидный
4-сторонний
/*>0.076 |
Серповндный
/*>0.036-0.056 |
Эффективность сцепления с бетоном |
Высокая при эксплуатационных нагрузках, средняя при критических (аварийных) |
Средняя |
Высокая |
Средняя |
Эффективность сопротивления динамическим нагрузкам |
Средняя |
Высокая |
Высокая |
Средняя |
Применение в качестве анкеров закладных детален |
Допускается |
Допускается |
Рекомендуется Д1я повышения надежности |
Средняя |
Применение в качестве монтажных петель |
'Запрещено |
Возможно при |
'Запрещено |
Возчожныйй экономический эффект относительно армату ры класса А400 (А-Ш) |
- |
10-20% |
15-25% |
5-15% |
- |
|
15 |
Продолжение таблицы 2.1 |
Применение в ответственных сооружениях. проектируемых с учетом сейсмических и аварийных нагрузок |
Допускается |
Допускается |
Рекомендуется
для
повышения
надежности |
Допускается с ограничениями |
Допускается |
Способ производства проката |
Горячекатаный |
Термомеханическн
упрочненный |
Холоднодсформ кровли НЫ й |
Маркировка класса армату ры |
Прокатам на поверхности, нс реже чем через 1.5 м |
Видом
профиля |
Видом профиля |
|
Дополнительные возможности повышения экономичности армирования открываются при использовании холоднодеформированной арматуры класса В500, технология производства которой позволяет обеспечивать расширенный сортаментный ряд с включением промежуточных размеров стержней и эффективную конфигурацию периодического профиля.
Применение арматуры высоких классов (А600 и выше) без предварительного напряжения в изгибаемых элементах сталкивается с проблемами соблюдения требований по допустимым прогибам и раскрытию трещин. Имеется положительный опыт применения такой арматуры в сжатых элементах, например в проектируемых под большие нагрузки колоннах, габариты сечений которых по тем или иным причинам ограничены.
Классы прочности арматуры представляют собой округленные гарантируемые с вероятностью не ниже 0,95 значения физического (от) или условного (00.2) предела текучести стали согласно стандартам или ТУ, утвержденным в установленном порядке. Начальные буквенные символы в классах арматуры отражают способ ее производства. Начальной буквой А обозначают армату ру, прокатка и формирование профиля поверхности которой производится в горячем состоянии либо без упрочняющей термической обработки (горячекатаная), либо с термической обработкой в потоке прокатки (термомеханически упрочненная). Производимая в России арматура классов А240 и А400, как правило, горячекатаная, а классов А500 и А600 - термомеханически упрочненная. В малозначительных объемах пока продолжает выпускаться термомеханическн упрочненная арматура класса А400 и горячекатаная класса А600.
16
3.2.3 Допустимый загиб арматурных стержней...............................................45
3.3 Анкеровка стержней арматуры и сварных сеток.......................................49
3.3.1 Виды анкеровки арматурных стержней...................................................49
3.3.2 Факторы, влияющие на длину анкеровки................................................51
3.3.3 Анкеровка стержней, работающих на сжатие.........................................52
3.3.4 Приспособления для анкеровки стержневой арматуры.........................53
3.3.5 Анкеровка сварных сеток..........................................................................54
3.3.6 Расчет длины анкеровки стержней...........................................................55
3.3.7 Длина анкеровки сварных сеток...............................................................58
3.4 Соединения арматуры...........................................................................................59
3.4.1. Стыкование арматурных стержней внахлестку без сварки..................60
3.4.2 Стыки внахлестку сварных сеток.............................................................66
3.4.2 Стыки внахлестку сварных сеток.............................................................66
3.4.3 Длина нахлестки сварных сеток...............................................................68
3.4.4 Стыки внахлестку стержней большого диаметра (>25 мм)...................69
3.4.5 Сварные соединения арматуры................................................................69
3.4.6 Сварные соединения термомеханически упрочненной арматуры
стали класса А500 (А500С и А500СП)............................................................71
3.4.7 Механические стыковые соединения......................................................72
Раздел 4. Конструирование армирования основных элементов монолитных
зданий.................................................................................................................76
4.1 Фундаменты...........................................................................................................76
4.1.1 Отдельные фундаменты............................................................................76
4.1.2 Ленточные (балочные) фундаменты........................................................77
4.1.3 Сплошные плитные фундаменты.............................................................80
4.2. Колонны.................................................................................................................84
3
4.2.1 Общие требования к армированию колонн.............................................84
4.2.2 Капители (оголовки) колонн....................................................................90
4.3 Стены.....................................................................................................................91
4.3.1 Общие требования к армированию железобетонных
монолитных стен................................................................................................91
4.3.2 Армирование несущих стен......................................................................93
4.3.3 Армирование балок-стенок.......................................................................95
4.4 Перекрытия.............................................................................................................99
4.4.1 Общие требования к армированию перекрытий.....................................99
4.4.2 Армирование железобетонных балок......................................................99
4.5 Армирование монолитных железобетонных плит перекрытий с
применением сварных арматурных изделий.................................................112
4.6 Дополнительные указания по армированию плит. Армирование по
свободным краям плит перекрытий...........................................................11923
4.7 Армирование плит перекрытий безбалочной конструкции. Плиты с
капителями........................................................................................................121
Список использованной литературы.............................................................................129
Приложение А Обозначение и классификация сварных сеток..................................131
Приложение Б Каталог типовых сварных арматурных изделий (сеток, каркасов) индустриального изготовления для основных конструктивных элементов железобетонных зданий.....................137
Приложение В Выдержки из межгосударственного стандарта ГОСТ 34028-
2016 «Прокат арматурный для железобетонных конструкций.
Технические условия».......................................................236
4
Ввелоние
В период до 1990 г. в России и других республиках СССР в строительстве зданий доминировало массовое применение сборного железобетона. Широко развитая до этого времени индустриальная база производства железобетонных конструкций с использованием разработанных ведущими проектными и научно-исследовательскими институтами типовых проектов позволила достичь высоких темпов строительства и существенным образом снизить потребность в жилье.
Несмотря на высокие технико-экономические показатели, индустриальное строительство того времени не отличалось разнообразием архитектурнопланировочных решений и постепенно стало отставать от возрастающих социальных потребностей населения страны.
Современные потребительские стандарты и требования к архитектурному облику и рациональной планировке внутреннего пространства объектов гражданского строительства в последние десятилетия дали толчок к интенсивному развитию использования в домостроении монолитных железобетонных конструкций. На начальных этапах его реализации из-за отс>тствия отечественного опыта проектирования монолитных зданий, недостатка специальной справочной научно-технической литературы строительные объекты того времени часто возводились со значительным перерасходом материалов, в первую очередь арматуры, а подчас и с неоправданно рискованными конструктивными решениями, приводящими даже к катастрофическим последствиям.
Используемая и по сей день в практике проектировании железобетона нормативная база, относящаяся к конструированию (в том числе армированию), создавалась в период превалирующего развития сборного строительства и была ориентирована, в основном, на обеспечение проектирования объектов из индустриально производимых сборных изделий и компонентов конструкций.
5
За последние десятилетия производство стальной арматуры претерпело большие изменения связанные как с ростом производительности сталепрокатного производства, так и с усовершенствованием качественных показателей арматурной продукции. Наметилось широкомасштабное применение в строительстве арматуры повышенной прочности, пластичности и долговечности, с улучшенными показателями по сцеплению с бетоном, свариваемости и другим эксплуатационным характеристикам.
В обеспечение новых технико-экономических тенденций получает развитие применение в монолитных конструкциях готовых сварных сеток и каркасов. В возрастающих объемах используются сварные сетки (легкие и тяжелые), изготавливаемые в арматурных цехах заводов ЖБИ, а также производимые в широком ассортименте более сложные арматурные изделия, поставляемые специализированными региональными металлосервисными центрами. Наилучшие экономические показатели имеют такие предприятия, организованные крупными заводами-производнтелями арматурного проката, так как в этом случае существенно снижаются затраты на приобретение и доставку арматуры.
Преимуществами использования в монолитном домостроении готовых сварных сеток и каркасов являются снижение трудоемкости, увеличение темпов и повышение культуры производства арматурных работ. Однако в России вопреки мировой тенденции их внедрение пока не носит массового характера в силу ряда производственных обстоятельств. К ним относятся доступность дешевой рабочей силы для ручной вязки арматуры, дефицит и дороговизна адекватных компьютерных проектных программ по рациональной раскладке сеток унифицированных типоразмеров и т.п.
В значительной мере ограниченность внедрения в монолит готовых арматурных сеток объяснялась отсутствием специализированной учебной и справочной литературы. Нормативные документы по данному вопросу отсутствовали или не отвечали требованиям современного строительства.
6
За последнее время в АО «НИЦ «Строительство» проведены работы, направленные на увеличение объемов применения унифицированных арматурных сеток в качестве рабочей арматуры в монолитных конструкциях зданий. Разработаны новые стандарты на сварные армату рные изделия.
Совместно с металлопроизводителями разрабатываются технологии производства холоднодеформированной арматуры повышенной пластичности. Подсчитано, что замена арматуры класса А400 на холоднодеформированную арматуру класса В500С промежуточных размеров в составе сварных сеток для перекрытий позволяет реализовать экономию арматуры от 5 до 10% даже с учетом дополнительного расхода на нахлестку сеток. Поставка этой арматуры в мотках сводит до минимума отходы производства арматурных изделий
Результаты новых исследований АО «НИЦ «Строительство» (НИИЖБ им. А.А. Гвоздева) по оценке прочности и деформативности армату ры класса В500 при сжатии, позволяют рекомендовать увеличение расчетного сопротивления сжатию для этой арматуры с 415 МПа до 435 МПа. Соответствующие изменения в СНиП расширяют объемы использования холоднодеформированной армату ры в стеновых элементах и наряду с применением стержней промежуточных диаметров обеспечат значительное снижение металлоемкости строительства (до 10-15%).
В данном издании рассматриваются вопросы совершенствования конструирования армирования железобетонных частей зданий, направленные в том числе на предотвращение условий для развития неконтролируемого процесса катастрофического разрушения проектируемых объектов.
Особое внимание уделено оценке традиционных и новых видов армату ры и предложениям по их рациональному применению в свете положений актуализированных нормативных документов, а также на основе данных теоретических и экспериментальных исследований последних лет.
7
Учитывая большой зарубежный опыт монолитного домостроения, в пособии отражены материалы Европейского комитета по бетону и положения современных европейских нормативов (Еврокод 2 EN 1992-1-1:2004 [1]).
Использование материалов издания в учебном процессе специализированных строительных ВУЗов будет способствовать повышению качественных показателей обучения будущих инженеров-строителей.
8
Раис.i 1. Основные положения
Настоящее пособие разработано на основе действующей нормативнотехнической документации на проектирование железобетонных конструкций, данных научно-технических разработок АО «НИЦ «Строительство (Сертификационного центра и НИИЖБ им. А.А. Гвоздева), а также нормативных требований к плоским и пространственным сварным арматурным каркасам заводского изготовления.
1.1 Область применения
Пособие распространяется на проектирование монолитных железобетонных конструкций без предварительного напряжения объектов жилищного и гражданского строительства, с преимущественным применением готовых сварных арматурных изделий (сеток, каркасов и др.), которые производятся отраслевыми металлосервисными центрами на базе металлургических предприятий, подразделений крупных комбинатов ЖБИ, специализирующихся на переработке арматурного проката на современном сварочном оборудовании.
Материалы Пособия относятся к конструктивной части проектов, выполняемых согласно требованиям Свода правил СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» [2], но при должном обосновании могут быть применены и в проектной практике, регламентируемой иными отраслевыми нормативными документами.
При использовании настоящего Пособия необходимо соблюдать требования действующих стандартов и иной нормативно-технической документации на арматуру, армату рные изделия и закладные детали, а также на сварные соединения.
9
Предлагаемые в Пособии данные предоставляют возможность разработки эффективных конструктивных решении армирования железобетонных конструкций, исходя из технико-экономической целесообразности применения готовых сварных арматурных изделий в конкретных условиях строительства, снижения металлоемкости железобетона за счет применения новых видов арматуры, а также сокращения сроков строительства.
Пособие может быть широко использовано в программах учебного процесса подготовки инженерно-технических кадров.
10