Стандартизация опалубки и арматуры: как определить размеры прямоугольных колонн для строительства

Для обеспечения единых стандартов при строительстве применяются определенные размеры прямоугольных колонн. Это позволяет упростить процесс сборки опалубки и установки арматурного каркаса.

Стандартизация размеров колонн способствует повышению качества выполнения строительных работ и облегчает контроль за их соответствием требуемым нормам и стандартам.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Кратность размеров поперечного сечения колонн должна составлять 50 мм и не менее 250 X 250 мм. При этом необходимо соблюдать условия / / / г 25, а 101Ь: 30, где / — расчетная длина колонны, a b и h — размеры поперечного сечения. [2]

Иногда увеличение размеров поперечного сечения колонны необходимо в связи с жесткостью, по конструктивным, технологическим или другим причинам. Возможным решением является применение бистального сечения с созданием стенки из менее дорогой стали с меньшей прочностью. [3]

По мнению Юнга, для определения размеров поперечных сечений колонны можно использовать формулу Эйлера, однако это применимо только к гибким колоннам. Он также приводит некоторые предельные значения отношения длины колонны к поперечному ее размеру, при которых колонна может разрушиться из-за раздавливания материала, а не из-за выпучивания. [4]

Таким образом, существует связь между формой и размерами поперечного сечения колонн аппаратов, их производительностью и интенсивностью массообмена. [5]

Выбор числа стержней и их диаметра зависит от размеров поперечного сечения колонны. При вертикальном бетонировании расстояние между продольными стержнями должно быть не менее 5 см и не более 40 см. В случае горизонтального бетонирования сборных колонн это расстояние может быть принято равным 25 см для нижней арматуры и 3 см для верхней. Диаметр хомутов зависит от диаметра продольной арматуры и должен быть не менее 5 мм или 0.2 d в случае изготовления из обыкновенной арматурной проволоки диаметром 5 и 5.5 мм, либо стали класса A-III, и не менее 0.25d в случае изготовления из других видов арматуры. [6]

Согласно таблице, моменты у колонн значительно превышают моменты в центрах панелей и в значительной степени зависят от размеров поперечного сечения колонн. [7]

Элементы, сжатые в поперечном сечении с случайным эксцентриситетом, чаще всего имеют форму квадрата или прямоугольника, реже — круглые, многогранные, двутавровые. Размеры поперечного сечения колонн рассчитываются. Для стандартизации опалубки и арматурных каркасов размеры прямоугольных колонн назначаются кратными 50 мм, желательно — кратными 100 мм. Для обеспечения качественного бетонирования нежелательно использовать монолитные колонны с поперечными размерами менее 250 мм. [8]

В конструкциях основной колонны, или ствола опоры, представляет собой легкую пространственную решетчатую ферму прямоугольного или квадратного сечения. Почти во всех типах опор размеры поперечного сечения колонны уменьшаются от низа к верху. [9]

Структурно основной столб, или ствол опоры, выглядит как легкая решетчатая пространственная ферма прямоугольного или квадратного сечения. Почти во всех типах опор размеры поперечного сечения столба уменьшаются от низа к верху. [10]

Не можем гарантировать полную поддержку текущего браузера, так как наш интернет-сервис Студворк построен на передовых и современных технологиях.

Загрузите другой браузер

Мазила Фаерфокс

Установить

Opera

Загрузить

браузер Опера

Загрузить

браузер

Загрузить

Microsoft Edge

Нажимая на эту кнопку, вы выражаете согласие на возможность некорректного отображения сайта в вашем браузере. Если у вас возникли проблемы, обратитесь в службу поддержки

Рабочее время: Пн – Пт: 08:00 – 18:00 (МСК) Сб: 08:00 – 17:00 (МСК)

Слайд 3МГТУ им. Г.И. Носова 7.1. Конструктивные особенности сжатыхэлементовДля сжатых элементов применяют

Для сильно нагруженных элементов необходимо использовать бетон класса прочности не ниже В25, а для менее нагруженных — не ниже В15. Колонны укрепляют продольными стержнями диаметром от 12 до 40 мм, предпочтительно изготовленными из горячекатаной стали классов А400 и А500, а также поперечными стержнями из горячекатаной стали классов А240 — А400 и проволоки класса В500. Для свариваемости принимается соотношение диаметров поперечных и продольных рабочих стержней сварных каркасов. В элементах, подверженных внецентренному сжатию с расчетными эксцентриситетами, продольные стержни размещают ближе к коротким граням поперечного сечения, арматуру с площадью сечения AIs – у грани, ближе к продольной силе, а арматуру с площадью сечения As – у грани, дальше от сжимающей силы.

Слайд 4МГТУ им. Г.И. Носова 7.1. Конструктивные особенности сжатыхэлементов

Для стержней сжатия обычно используется процент армирования, который обычно не превышает 3%.

В большинстве случаев, на практике, он составляет от 0,5% до 1,2%. Важно учитывать следующее: не менее 0,1% — для изогнутых элементов, сжатых внецентренно и для изогнутых при гибкости lo/i ≤ 17; 0,25% — для сжатых элементов, сжатых внецентренно при гибкости lo/i ≤ 87.

Для промежуточных значений гибкости сжатых элементов значение μs определяется с использованием интерполяции. Если площади сечения арматуры As и AIs одинаковы, то армирование считается симметричным, что предпочтительнее несимметричного армирования. Гибкую рабочую продольную арматуру в колоннах с произвольными эксцентриситетами следует равномерно размещать вдоль периметра нормального сечения, при этом необходимо особенно внимательно устанавливать стержни в углах. Колонны сечением 400 х 400 мм армируют четырьмя стержнями. При увеличении размера сечения предусматривается использование промежуточного стержня с шагом не более 400 мм, при этом промежуточные стержни соединяются шпильками, чтобы исключить их выпучивание.

1 Конструктивные требования норм к армированию

Конкретные требования норм к укладке арматуры Защитный слой бетона – это расстояние от поверхности элемента до поверхности арматурного стержня. Защитный слой бетона нужен для защиты арматуры от коррозии и нагрева в случае пожара (поэтому его размер зависит от условий эксплуатации и требуемой огнестойкости конструкции), а также для обеспечения сцепления арматуры и бетона (поэтому его размер зависит от диаметра арматуры).

Минимальная толщина защитного слоя бетона a b должна быть не менее диаметра арматуры d s и не менее 10 …20 мм (в зависимости от типа конструкции), в нижней части фундамента – не менее 30…70 мм (в зависимости от подготовки нижней части). Чтобы обеспечить качественное укладку бетона, минимальное расстояние между стержнями арматуры зависит от их направления и диаметра, а расстояние между гранями продольной арматуры должно быть не менее диаметра арматуры d s и 25 мм для нижней арматуры и 30 мм для верхней арматуры (в случае горизонтального расположения стержней в один или два ряда). В условиях ограниченного пространства допускается плотная укладка стержней рядом друг с другом.

3: Требования к продольному армированию конструкции. Для равномерности распределения усилий в стержнях и восприятия случайных напряжений между стержнями арматуры необходимо поддерживать определенное расстояние. Это расстояние зависит от размеров сечения и типа конструкции. Таким образом, расстояние между осями стержней продольной арматуры не должно превышать 400 мм во всех случаях, и не более 200 мм в балках и плитах (при высоте h ≤ 150 мм); не более 400 мм и не более 1,5 h (при h > 150 мм).

4: Требования к поперечному армированию. Максимальный шаг стержней поперечной арматуры в балках и плитах зависит от длины L/4: не более (1/2) h и не более 150 мм (при h ≤ 450 мм); не более (1/3) h и не более 500 мм (при h > 450 мм); на остальной части пролета: не более (3/4) h и не более 500 мм. В ряде случаев поперечную арматуру устанавливать не требуется, но минимальный диаметр поперечной арматуры должен быть не менее (1/4) диаметра продольной арматуры и не менее 5-6 мм. Рекомендуется принимать d sw ≥ (1/3)d s. Размещение поперечной арматуры: L/4 L/4 L/2. Почему возле опор шаг поперечной арматуры уменьшается?

5: Требования к армированию сжатых элементов

Поперечное армирование сжатых элементов устанавливается для предотвращения выпучивания продольных стержней, сдерживания поперечных деформаций бетона и формирования пространственных арматурных каркасов. Максимальный шаг (расстояние между осями) стержней поперечной арматуры в сжатых элементах составляет не более 500 мм и не более 15 d s (где d s – диаметр продольной арматуры). Диаметр продольной арматуры сжатых элементов должен быть не менее 12 мм, в монолитных колоннах – не менее 16 мм. В местах передачи сосредоточенных сжимающих усилий предусматривается косвенное армирование. Узел А Узел А h k h k s s d sw d s /2 a a поперечная продольная

6: Арматура колонн должна быть установлена таким образом, чтобы поперечная арматура охватывала продольные стержни и была надёжно приварена к ним либо имела на концах крюки. Кроме того, поперечная арматура должна соединять продольные стержни, по крайней мере, через каждый второй.

7: Взаимодействие арматуры и бетона зависит от максимального и среднего напряжений сцепления, передаваемых на бетон по длине заделки стержня. Силы сцепления обеспечивают совместное деформирование арматуры и бетона и зависят от прочности бетона, профиля и качества поверхности арматуры. Например, арматура с ржавой поверхностью имеет менее надёжное сцепление. Разрыть стержень из бетона не удастся, пока силы в арматуре будут уравновешиваться усилиями сцепления: где A bond – площадь контакта арматуры и бетона; u s – периметр стержня; l s – длина заделки; R bond – расчётное сопротивление сцеплению:  1 – коэффициент, учитывающий влияние профиля арматуры (  1 = 1,5…2,8): 1,5 – для А240; 2,0 – для В500; 2,25 – для импортной арматуры; 2,5 – для А400, А500; 2,8 – для А500СП;  2 = 1 при диаметре арматуры d s  32 мм. d s

8: При минимальной длине заделки (l an), усилие в арматуре N полностью передаётся за счёт сил сцепления на бетон. Базовая длина анкеровки (l 0, an) соответствует случаю, когда стержень нагружен предельным усилием N = R s A s : l 0, an  30 d s для арматуры класса А400.

Если стержень заделан в бетон на длину l  l 0, an, то никаким усилием его невозможно выдернуть из бетона: в стержне либо наступит текучесть, либо он выдернется вместе с бетоном. Длина анкеровки уменьшается: с уменьшением диаметра арматуры ( d s ), с понижением класса арматуры ( R s ) , с применением более эффективного профиля арматуры (  1 ) , с повышением класса бетона (R bt). Требуемая длина анкеровки меньше базовой, если арматура недогружена: где A s,cal, A s,ef – площадь сечения арматуры соответственно требуемая по расчёту и фактически установленная;  – коэффициент, учитывающий влияние напряжённого состояния (растяжение/сжатие), профиля арматуры и дополнительных анкерующих устройств: для растянутой арматуры периодического профиля  = 1, для сжатой арматуры  = 0,75. Анкеровка – это закрепление концов арматуры в бетоне.

9: В случае невозможности обеспечения достаточной длины заделки для анкеровки стержня, используются дополнительные анкерующие устройства, такие как отгибы (крюки, лапки), которые обязательны для гладкой растянутой арматуры, а также приваренные поперечные стержни, коротыши, шайбы и другие. Анкеровка также может быть осуществлена установкой шайб, приваркой деталей или устройством высаженных головок "крюк", "лапка", "петля" на расстоянии не менее 10 диаметров стержня.

Конструктивные требования норм к армированию

Конкретные требования стандартов к укреплению. Толщина защитного слоя бетона определяется расстоянием от поверхности элемента до ближайшего арматурного стержня. Этот слой защищает арматуру от коррозии и нагрева в случае пожара (поэтому он зависит от условий эксплуатации и требуемой огнестойкости конструкции), а также обеспечивает сцепление между арматурой и бетоном (в зависимости от диаметра арматуры).

Необходимо, чтобы защитный слой бетона над и под арматурой составлял не менее диаметра арматуры и не менее 10-20 мм (в зависимости от вида конструкции). Минимальное расстояние между стержнями арматуры определяется для качественного бетонирования (в зависимости от расположения арматуры по отношению к направлению укладки бетона) и сцепления арматуры и бетона (в зависимости от диаметра арматуры). Расстояние между гранями стержней продольной арматуры должно быть не менее диаметра арматуры и не менее 25 мм для нижней арматуры и 30 мм для верхней арматуры (при горизонтальном расположении стержней в один или два ряда). В стеснённых условиях допускается укладка стержней вплотную друг к другу.

3: Требования к продольному армированию

Для равномерного распределения усилий в стержнях и восприятия случайных напряжений между стержнями арматуры, необходимо поддерживать определенное расстояние между ними. Это расстояние зависит от размеров сечения и вида конструкции. В частности, расстояние между осями стержней продольной арматуры должно быть не более 400 мм во всех случаях, и не более 200 мм в балках и плитах при высоте h ≤ 150 мм, а при h > 150 мм – не более 400 мм и не более 1,5 h. Каркасы могут быть вязаные либо сварные.

4: Требования к поперечному армированию

Шаг стержней поперечной арматуры в балках и плитах должен соответствовать следующим параметрам: на приопорных участках – не более (1/2) h и не более 150 мм (при h ≤ 450 мм), не более (1/3) h и не более 500 мм (при h > 450 мм); на остальной части пролёта – не более (3/4) h и не более 500 мм. Возможно также применение других параметров в зависимости от требований. Диаметр поперечной арматуры должен соответствовать определенным стандартам для обеспечения надежности и прочности конструкции. Размещение поперечной арматуры также имеет свои особенности в зависимости от типа конструкции. Каркасы могут быть вязаные или сварные.

5: Условия для армирования сжатых элементов

Конструктивные требования к армированию сжатых элементов устанавливаются для:

• Предотвращения выпучивания продольных стержней
• Сдерживания поперечных деформаций бетона
• Создания трехмерных арматурных каркасов

Максимальный шаг (расстояние между осями) стержней поперечной арматуры в сжатых элементах не должен превышать 500 мм и не более 15 d s (где d s – диаметр продольной арматуры).

Диаметр продольной арматуры для сжатых элементов должен быть не менее 12 мм, а для монолитных колонн — не менее 16 мм. Там, где происходит передача сосредоточенных сжимающих усилий, предусматривается косвенное армирование.

Поперечная арматура должна охватывать стержни продольной арматуры и быть приварена к ним (или иметь крюки на концах). Продольные стержни (по крайней мере через один) должны быть соединены поперечной арматурой.

Максимальное напряжение  bond,max и среднее напряжение сцепления для бетона должны быть учтены. Напряжения в арматуре вдоль заделки передаются на бетон. Силы сцепления должны обеспечивать совместное деформирование арматуры и бетона. Величина сил сцепления зависит от прочности бетона, профиля и качества поверхности арматуры. Арматура с ржавой поверхностью имеет меньшее сцепление. Выдёргивание стержня из бетона не произойдёт, пока усилие в арматуре будет уравновешиваться усилиями сцепления: где A bond – площадь поверхности контакта арматуры и бетона; u s – периметр стержня; l s – длина заделки; R bond – расчетное сопротивление сцеплению:  1 – коэффициент, учитывающий влияние профиля арматуры (  1 = 1,5…2,8): 1,5 – для А240; 2,0 – для В500; 2,25 – для импортной арматуры; 2,5 – для А400, А500; 2,8 – для А500СП;  2 = 1 при диаметре арматуры d s  32 мм. d s

8: Длина анкеровки стержня, где l an – минимальная длина заделки, при которой все усилие в арматуре N передается за счет сцепления на бетон. Базовая длина анкеровки l 0, an соответствует случаю, когда стержень нагружен предельным усилием N = R s A s : l 0, an  30 d s для арматуры класса А400. Если стержень заделан в бетон на длину l  l 0, an, то никаким усилием его невозможно выдернуть из бетона: в стержне либо наступит текучесть, либо он выдернется вместе с бетоном. Длина анкеровки уменьшается: с уменьшением диаметра арматуры ( d s ); с понижением класса арматуры ( R s ) ; с применением более эффективного профиля арматуры (  1 ) ; с повышением класса бетона (R bt ). Требуемая длина анкеровки меньше базовой, если арматура недогружена: где A s,cal, A s,ef – площадь сечения арматуры соответственно требуемая по расчету и фактически установленная;  – коэффициент, учитывающий влияние напряженного состояния (растяжение/сжатие), профиля арматуры и дополнительных анкерующих устройств: для растянутой арматуры периодического профиля  = 1, для сжатой арматуры  = 0,75. Анкеровка – это закрепление концов арматуры в бетоне.

9: Если необходимо обеспечить анкеровку стержня, и невозможно сделать это путем заделки на заданную длину, то используются дополнительные анкерующие устройства, такие как отгибы (крюки, лапки), которые обязательны для гладкой растянутой арматуры, приваренные поперечные стержни, коротыши, шайбы и другие. Анкеровка может быть выполнена путем приварки поперечных стержней, установкой шайб, приваркой деталей, а также устройством высаженных головок "крюк", "лапка", "петля" не менее 10 d.

Арматура железобетонных элементов

1 — горизонтальные каркасы; 2 — трехмерные каркасы; 3 — продольные стержни; 4 — скобы; 5 — изогнутые прутки; 6 — установочная арматура; 7 — монтажные колечки; 8 — встроенные элементы

Для подъема и транспортировки элементов в сборных конструкциях используют монтажные (тросовые) колечки 7, трубы и другие элементы. Для соединения и стыковки сборных конструкций применяются стальные встроенные элементы 8. Вся арматура объединяется в арматурные изделия — сварные или вязаные сетки и каркасы.

В местах пересечения стержни арматуры свариваются или связываются проволокой диаметром 0,8-1 мм.

Можно использовать только круглую сталь с диаметром более 40 мм (или сталь с прямоугольным сечением площадью более 10 см²) только в сварных каркасах.

Для гидротехнических сооружений необходимо выполнять анкеровку по длине стержней, если используется арматура диаметром более 60 мм.

В конструкциях из легкого железобетона диаметр круглой арматуры, без специальной анкеровки, не должен превышать 20 мм.

Стержни с диаметром более 10 мм изготавливаются длиной 10-12 м для удобства транспортировки; стержни меньшего диаметра поставляются в катанке, поэтому их делают длиной 40 м и более.

Иногда используют арматуру различных сечений, таких как квадратные и полосовые, с площадью до 10 квадратных сантиметров. Для полосового сечения отношение его большей стороны к меньшей не должно превышать 2. Круглые стержни могут быть как гладкими, так и иметь периодический профиль с выступами на поверхности через определенные интервалы.

Благодаря этим выступам стержни обеспечивают более тесную связь с бетоном, чем гладкие стержни, что особенно важно при использовании сталей повышенной прочности, а также позволяют отказаться от использования крюков на концах.

Жесткая арматура в виде прокатных двутавров, швеллеров и уголков после застывания бетона работает как металлическая конструкция, выдерживая нагрузку от собственного веса, веса опалубки и свежевыложенного бетонного раствора.

Физические свойства арматурных сталей. Арматурные стали подразделяются по своим механическим характеристикам на группы: мягкие, у которых физическим пределом текучести является σy, и твердые, у которых основным параметром прочности является временное сопротивление разрыву σu (см. рисунок ниже).

Пластичность мягкой стали проявляется в ее значительном удлинении после разрыва (до 25%, кривая 2). Для таких сталей нормируемым сопротивлением считается минимальное значение предела текучести, которое меньше предела прочности. Увеличение прочности арматурной стали и снижение удлинения при разрыве достигается механическим или термическим упрочнением, а также добавлением углерода и других легирующих элементов. Сущность упрочнения горячекатаной арматурной стали проявляется в следующем.

Упрочнение различных типов стали (путем вытяжки в холодном состоянии) основано на процессе наклепа — увеличении предела пропорциональности при нагружении стали до напряжений σk, превышающих σу, и последующей разгрузке. При повторной вытяжке напряжение σk становится новым искусственно повышенным пределом текучести (кривая 1). Другим способом механического упрочнения стали является волочение (многократная протяжка проволоки через последовательно уменьшающиеся отверстия), после чего зависимость σ-ε становится линейной почти до разрыва, а предел прочности значительно возрастает (кривая 3) и принимается за нормативное сопротивление.

Процесс упрочнения стали термическим способом заключается в быстрой охладке (закалке) при нагреве до 800°C, а также постепенном охлаждении при частичном отпуске (нагрев до 300-400°C). Сталь, упрочненная термическим способом, постепенно переходит в пластическую область работы (кривая 4).

Для таких видов сталей устанавливают условный предел текучести σ0,2 — это напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0,2%.

В зависимости от способов упрочнения стали они в большей или меньшей степени приближаются по своим свойствам к твердым сталям, которые ломаются хрупко (при удлинениях 3-4%). Также к твердым сталям относятся стали, содержащие углерод и легирующие добавки (марганец, хром, кремний и другие).

Для работы железобетонных конструкций под нагрузкой, а также для механизации арматурных работ, очень важны такие свойства арматурных сталей, как пластичность, свариваемость, усталостное разрушение, ползучесть, релаксация и другие. Например, уменьшение пластических свойств стали может привести к хрупкому разрыву арматуры в конструкциях под нагрузкой, а также к изгибу предварительно напряженной арматуры в анкерах и т.д.

Пластические свойства арматурных сталей определяются относительным удлинением образцов при их испытании на разрыв. Длина образцов должна быть равна пяти диаметрам стержня. Сталь, упрочненную термической обработкой, за исключением специальных "свариваемых" или вытяжкой, нельзя сваривать, так как при сварке она теряет эффект упрочнения. Поэтому такие стали применяются только в связанных каркасах.

Разнообразие типов арматуры и её применение в конструкциях. При разработке проектов железобетонных зданий и сооружений, необходимо учитывать требования к бетонным и железобетонным конструкциям, а также определять виды арматуры и их параметры качества, которые подлежат нормированию и контролю.

Для железобетонных конструкций необходимо использовать следующие типы арматуры, утвержденные соответствующими стандартами:

• горячекатаная гладкая и периодического профиля с диаметром от 3 до 80 мм;
• термомеханически упрочненная периодического профиля с диаметром от 6 до 40 мм;
• механически упрочненная в холодном состоянии (холоднодеформированная) периодического профиля или гладкая с диаметром от 3 до 12 мм;
• арматурные канаты диаметром от 6 до 15 мм;
• неметаллическую композитную арматуру.

В больших пролетных конструкциях можно использовать стальные канаты различных типов (спиральные, двойной свивки, закрытые).

Для укрепления бетона важно применять либо стекловолокно, либо частые сетки.

Сталь и железобетон применяются в конструкциях из стали и железобетонных элементов в соответствии со стандартами и нормами.

Выбор арматуры зависит от назначения конструкции, конструктивного решения, типа нагрузок и воздействия окружающей среды.

Главным показателем качества стальной арматуры является ее класс прочности на растяжение, обозначаемый следующим образом:

А — для горячекатаной и термомеханически упрочненной арматуры;

В — для холоднодеформированной арматуры;

К — для арматурных канатов.

Для определения классов арматуры необходимо руководствоваться их параметрическими рядами, установленными в соответствии с нормативными документами.

Помимо требований к прочности на растяжение, арматуре также предъявляются требования к дополнительным показателям, определенным соответствующими стандартами: свариваемость, выносливость, пластичность, устойчивость к коррозионному растрескиванию, релаксационная устойчивость, устойчивость к низким и высоким температурам, относительное удлинение при разрыве и другие.

Также неметаллической арматуре (включая фибру) предъявляются требования к щелочестойкости и сцеплению с бетоном.

Необходимые параметры учитываются при проектировании железобетонных конструкций в соответствии с требованиями расчетов и изготовления, а также с условиями эксплуатации конструкций при различных воздействиях окружающей среды.

Использование арматурных изделий для армирования железобетонных конструкций — обычная практика. Для упрощения и механизации арматурных работ сварные сетки и каркасы можно применять в качестве ненапрягаемой арматуры.

Сварные сетки производятся из сталей различных классов — В500, A240, A300, A400.

При разработке сварных сеток и каркасов необходимо учитывать технические возможности контактной точечной сварки (недопущение перегрева тонких стержней, удобное расположение электродов и т. д.).

Требования к соотношению диаметров свариваемых стержней приведены в таблице ниже.