Что такое анкеровка арматуры, для чего она предназначена

В системе армирования железобетонных конструкций анкеровка арматуры позволяет увеличить качество ее сцепления с бетоном. И улучшить совместную работу конструкционного материала на сжатие, растяжение, изгиб и кручение.

Теория

Все железобетонные изделия в здании объединяются в общий пространственный силовой каркас. Изготавливаются монолитным способом. Или собираются из отдельных колонн, балок, ригелей. Они воспринимают нагрузки от веса конструкций, материалов, эксплуатационные, снеговые, ветровые и прочие. Передают их на фундамент, затем на основание и, в конечном счете, на грунт.

В проект закладывается расчетное сопротивление арматуры и бетона. При этом стальные стержни работают на изгиб, растяжение, кручение. А бетон воспринимает сжимающие нагрузки. И от того, насколько качественно будут объединены бетон и арматура в единое целое, зависит надежность, безопасность здания, и его эксплуатационный ресурс.

Поэтому анкер арматурный заложен в проект балки, плиты, колонны для увеличения этой характеристики. По своей основной характеристике арматура в бетоне подразделяется на сжатую и растянутую по принципу действия. Или ненапрягаемую, напрягаемую по технологии установки.

Отличие анкеровки от нахлеста

Любые способы увеличения сцепления стального стержня с бетоном – вот что такое анкеровка арматуры по своему назначению. Используется она для передачи напряжений на бетон с арматуры.

Нахлестом называют передачу нагрузки через бетон, но, с одного стержня на другой. Условия эксплуатации этих двух систем разные. В первом случае пруток «цепляется» за окружающий его цементный камень. Это обеспечивается рифлением, отогнутыми лапками, крючками, петлями, приваренными поперечными шпильками, гайками, специальными наконечниками.

Во втором варианте стержни лежат рядом, не сварены между собой. Их свободные концы заведены друг за друга на некоторое расстояние. После отвердевания бетон между ними становится соединительным элементом.

В документации нахлест может еще называться перехлестом и нахлесткой. Хотя это и неверно. Перехлест – это официальный термин из СП 51-101, показывающий, на какую длину арматура балки, плиты, ригеля заходит дальше опорной площадки этой горизонтальной конструкции силового каркаса.

Проектируется нахлестка арматуры по СП 52-101 – формула

L = ơ*A/R*U,

где ơ – предварительное напряжение, А – площадь прутка, U – периметр стержня, R – сопротивление сцепления.

И ее длина всегда больше размера анкерного конца. Поскольку усилия со стержня на стержень в бетоне передаются хуже.

Способы анкеровки

Основными проблемами слабого сцепления бетона и стальных прутков по умолчанию являются:

• арматура находится в глубине цементного камня для защиты от коррозии;
• с увеличением высоты рельефа рифления повышается вероятность трещин раскола.

Другими словами, при растяжении балки может произойти выдергивание стержня внутри бетона. И балка просто переломится из-за раскрытия трещин. Поэтому существует три варианта: увеличить прямой арматурный анкер в длину, загнуть его на конце или приварить к пластине на торце ж/б изделия.

Ненапрягаемая арматура

Анкер переводится с немецкого, как якорь. А сама анкеровка это жесткая фиксация какого либо элемента в жестком основании. У железобетонных изделий используется два типа анкеров.

Во-первых анкеровка позволяет зафиксировать стержень неподвижно внутри бетона. Во-вторых, арматурный анкер выходит из балки, колонны, плиты наружу. Чтобы затем его приварили к закладному элементу другой части сборного ж/б каркаса. Или вмуровали в монолитную конструкцию, например, стены.

Отгибом

Прямая анкеровка применяется редко, и только для рифленой арматуры.

Точно так же используются лапки, угол отгиба которых составляет 90 – 150°.

Лапки и прямые концы не эффективны для гладких прутков. Петлями и крюками в бетоне фиксируются только предварительно напряженные стержни.

Вычисляется величина анкеровки арматуры в бетоне по длине с учетом следующих факторов:

• расположение стержней в поперечном сечении конструкции;
• наличие поперечного армирования;
• напряжения внутри бетона;
• прочность конструкционного материала;
• диаметр, профиль и класс арматуры;
• способ анкеровки.

Эти же требования аналогичны для определения длины нахлеста. Но, усилия здесь немного сдвинуты:

• два параллельных, рядом расположенных прутка цепляются за бетон своим рифлением;
• усилия между ними передаются под углом;
• напряжения увеличиваются от конца стержня к стыку нахлеста;
• в нормативы СП заложены повышающие коэффициенты длины нахлетки.

Несмотря на повышенный расход арматуры, нахлестный способ стыковки более популярен в сравнении со сваркой. Основным недостатком считается высокая вероятность скола под нижним прутком, как на схеме.

Это связано с плохим распределением смеси в опалубке и недостаточным ее уплотнением в труднодоступном месте. Для более качественного восприятия раскола в поперечном направлении устанавливаются дополнительные прутки. Особенно, при наличии динамических нагрузок в системе.

Именно этим фактором обусловлена необходимость смещения стыков нахлеста относительно друг друга. Без этого нагрузки будут складываться, защитный слой гарантированно их не выдержит.

Вместо поперечных стержней могут использоваться витые спирали, хомуты замкнутого контура.

Допускается нахлест без поперечной арматуры, если между стыками больше 10d, диаметр прутком менее 10 мм, расчет показывает минимальные напряжения или величина стыков составляет 1/4 – 1/3 пролета.

Для того, чтобы бетон не выкрашивался в зоне отгиба анкерной лапки, крюка, петли, минимально допустимый диаметр изгиба увеличен до 10d. В этом случае вся длина считается рабочей, усилия передаются на бетон без явно выраженных зон концентрации.

Поперечными стержнями

При использовании поперечных стержней берется стандартный защитный слой и глубина заделки прутков, хомутов, соответственно. Поперечные стержни привариваются к продольным на всей длине заделки.

Выполняется типовая анкеровка арматуры по таблице. Но, в случае форс мажора можно обойтись и без вычислений, взяв длину 5d с гарантированным запасом надежности.

Минимальное количество поперечных шпилей – от 2 и более. Минимальный диаметр прутка от 0,5d продольного стержня. Гладкую арматуру можно не загибать на концах.

Основными требованиями по заделке анкеров из поперечных прутков являются:

• если расчет показал отсутствие развития наклонных трещин, арматура запускается за опору на длину 5d минимум;

• в каркасах и сетках минимум один поперечный пруток приваривается на расстоянии 1,5d или 15 мм от конца при d больше 100 мм или d меньше 10 мм, соответственно;
• если по расчету возможно раскрытие наклонных трещин, размер перепуска за опору увеличивается в два раза, до 10d.

Дополнительно поперечная арматура часто выполняет конструктивную функцию. Удерживает элементы стального каркаса в проектном положении во время укладки и уплотнения бетонной смеси.

Анкеровка арматуры специальными устройствами

Типовая глубина анкеровки арматуры – это стандартный защитный слой бетона. За исключением выходящих наружу концов арматуры и применения специальных анкерных головок.

При возникновении растягивающих нагрузок на ж/б изделие анкеры с приваренными пластинами создают на бетон усилия сжатия. Поэтому их площадь контакта с цементным камнем определяется по условию бетона на смятие.

При этом высаженные головки, уголки, гайки, пластины, шайбы могут быть расположены, как снаружи, так и внутри бетона.

Толщина пластины или полки стального проката должна быть больше 1/5 ее диаметра или ширины. Специальные типы анкеров в большинстве случаев крепятся к торцам прутков сваркой. Поэтому марка стали площадки должна обладать нормальной свариваемостью.

Для определения длины заделки выполняется расчет на скалывание защитного слоя бетона.

Напрягаемая арматура

В железобетонных изделиях с предварительным напряжением анкер из арматуры всегда располагается снаружи. Стержни, канаты, проволока или тросы натягивают до бетонирования или после отвердевания бетона.

Растягивающее усилие механическим способом задается домкратом, наматывающей машиной, лебедкой или затяжкой гаек на резьбе.

Дополнительно могут использоваться химические процессы увеличения объема цементного камня и физические реакции увеличения длины прутков стали при нагреве. Способы крепления анкеров могут отличаться.

Стержневая

По умолчанию стержневая анкеровка арматуры это приварка коротких прутков, обжатие шайбы или высаживание головки, как на нижней схеме.

Характеристики обжатых шайб приведены в таблице:

d арматуры	D шайбы до опрессовки	d шайбы до опрессовки	Максимальный размер D	Высота шайбы для Aт-VII, Ат-VIK, Ат-VI, А-VI	Высота шайбы для Aт-VСК, Ат-VK, А-V, Ат-V	Высота шайбы для A-IV, Ат-IVK, Ат-IVC
10	30	13	35	11	10	8
12	32	15	37	14	11	8
14	32	17	37	17	13	10
16	36	20	42	19	15	11
18	36	22	42	21	17	13
20	40	24	47	23	19	14
22	42	26	49	25	21	16

Анкеровка обязательна, если в зоне передачи напряжений возможно раскрытие трещин или сцепление с бетоном недостаточно прочное. Анкеры применяются для арматуры, натягиваемой на бетон и на упоры.

Здесь тип анкера зависит от вида арматуры и технологических возможностей. Так для арматуры А-IV – А-VI используются приварные коротыши и высаженные головки, для Ат-IVC, Ат-IVK, Ат-VK, Ат-VCK, Ат-VIK, Ат-VII выбирают обжатые шайбы.

Проволоку натягивают пакетами с помощью приспособлений УНАЭ. Конические анкеры, состоящие из пробок и колодок, разработаны для натяжения пучков стержней на бетон.

Канатная

При использовании канатов анкеровка арматуры в бетоне напрягаемого типа осуществляется цанговыми зажимами. МРТУ.

Наружный диаметр зажима	Марка зажима	Диаметр натягиваемого каната
56	12-15-2	12 – 15
40	6-9-2	4 – 9
26	4,5-6-2	4,5 – 6

Канаты чаще всего натягивают на бетон. Что позволяет снизить металлоемкость производства в 4 раза в сравнении с типовым ненапрягаемым армированием прутками.

Расчет анкеровки и нахлестки

Для вычисления длины заделки анкеров в слой бетона можно использовать формулы, таблицы и онлайн калькуляторы. При этом следует учесть, что существует два варианта редакции строительных норм:

• СП 63.13330 без изменений;
• СП 63.13330 с изменением 1.

Подходит расчет анкеровки арматуры для сжатой (ненапрягаемой) арматуры. В расчет нахлеста арматуры онлайн автоматически вносятся допущения – профиль периодический, стыковка в одном сечении половины арматуры.

Таблицы

Специально для проектировщиков длина анкеровки и нахлестки сведена в таблицы:

Длина анкеровки арматуры для бетона В15

Диаметр арматуры	А240	А240	А300	А300	А400	А400	А500	А500
Тип соединения	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест
6	286	344	216	259	284	340	348	417
8	382	458	288	345	378	454	464	556
10	477	573	360	432	473	568	580	696
12	573	688	432	518	568	681	696	835
14	668	802	504	604	662	795	812	974
16	764	917	574	691	757	908	928	1113
18	860	1032	648	777	852	1022	1044	1252
20	955	1146	720	864	946	1136	1160	1392
22	1051	1261	792	950	1041	1249	1276	1531
25	1194	1433	900	1080	1183	1419	1450	1740
28	1337	1605	1008	1209	1325	1590	1624	1948
32	1528	1834	1152	1382	1514	1817	1856	2227

Расчет анкеровки арматуры для бетона В20

Диаметр арматуры	А240	А240	А300	А300	А400	А400	А500	А500
Тип соединения	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест
6	238	286	180	216	236	284	290	348
8	318	382	240	288	315	378	386	464
10	398	477	300	360	394	473	483	580
12	477	573	360	432	473	568	580	696
14	557	668	420	504	552	662	676	811
16	637	764	480	576	631	757	773	928
18	716	859	540	648	710	852	870	1044
20	796	955	600	720	788	946	956	1160
22	875	1051	660	792	867	1041	1063	1275
25	995	1194	750	900	986	1183	1208	1449
28	1114	1337	840	1008	1104	1325	1353	1623
32	1274	1528	960	1152	1262	1514	1546	1856

Для бетона В25

Диаметр арматуры	А240	А240	А300	А300	А400	А400	А500	А500
Тип соединения	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест
6	204	245	154	185	202	243	248	298
8	273	327	205	246	270	324	331	397
10	341	409	257	308	338	405	414	497
12	409	491	308	370	405	486	497	596
14	477	573	360	432	473	568	580	696
16	546	655	411	493	540	649	662	795
18	614	737	462	555	608	730	745	894
20	682	819	514	617	676	811	828	994
22	750	900	565	678	743	892	911	1093
25	853	1023	642	771	845	1014	1035	1242
28	955	1146	720	864	946	1136	1160	1392
32	1092	1310	822	987	1081	1298	1325	1590

Для бетона В30

Диаметр арматуры	А240	А240	А300	А300	А400	А400	А500	А500
Тип соединения	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест
6	186	224	140	169	185	222	226	272
8	249	299	187	225	246	296	302	363
10	311	373	234	281	308	370	378	453
12	373	448	281	338	370	444	453	544
14	436	523	328	394	432	518	529	635
16	498	598	375	450	493	592	605	726
18	560	673	422	507	555	666	680	817
20	623	747	469	563	617	740	756	907
22	685	822	516	619	679	814	832	998
25	778	934	586	704	771	926	945	1134
28	872	1046	657	788	864	1037	1059	1270
32	997	1196	751	901	987	1185	1210	1452

Для бетона В35

Диаметр арматуры	А240	А240	А300	А300	А400	А400	А500	А500
Тип соединения	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест	анкеровка	нахлест	анкеровка	Нахлест
6	165	198	124	149	163	196	200	240
8	220	264	166	199	218	262	267	321
10	275	330	207	249	273	327	334	401
12	330	396	249	299	327	393	401	481
14	385	462	290	348	382	458	468	562
16	441	529	332	198	436	524	535	642
18	496	595	373	448	491	589	602	722
20	551	661	415	498	546	655	669	803
22	606	727	456	548	600	720	736	883
25	689	826	519	623	682	819	836	1003
28	771	926	581	697	764	917	936	1124
32	882	1058	664	797	873	1048	1070	1284

В плитах перекрытия анкерная арматура бывает трех типов:

• П-образный стержень;
• Г-образный пруток;
• Г-образный отгиб арматуры вниз/вверх.

При толщине стен 18 – 20 см арматура плит изгибается по увеличенному радиусу 10d*(1- Lп/Lа). Где Lп и Lа длина прямого участка и анкера, соответственно. это позволяет избавиться от концентрации напряжений в зоне изгиба.

Удобнее всего отгибать прутки вверх для заведения их концов в стену. Но, на последнем этаже в плите покрытия это выполнить невозможно физически. Поэтому и применяются два других варианта. При этом глубина анкеровки арматуры в бетоне берется стандартная.

U-образные стержни применяются в качестве анкеров плит перекрытия в следующих случаях:

• ускорение монолитного строительства с верхней арматурой диаметра 8 – 10 мм;
• восприятие крутящего момента на свободном торце плиты;
• усиление бетона возле отверстия;
• анкеровка верхней зоны балок параллельно плите;
• анкеровка нижней растянутой грани плиты.

Минимальная длина анкеровки арматуры в бетоне достигается за счет снижения шага U-образных элементов с одновременным уменьшением диаметра до 8 – 10 мм.

Верхнюю арматуру обычно отгибают в колонну или стену вверх в балочных перекрытиях. В безбалочных перекрытиях применяют U-образные элементы.

На защемленных опорах по СНиП 2.06.08 допускается несколько схем анкеровки:

На чертеже цифрами I, II и III обозначены зона анкеровки, бетон и зона сжатия, 1, 2 и 3 – анкер, закладная и дополнительный хомут, соответственно. На рисунках а) и е) стержни запущены в стену, б) приварены к пруткам, в) закладным деталям, г) отогнуты, д) усилены хомутами в месте изгиба.

Для стен фундаментов, цоколей, подпорного типа и убежищ разработан стык Передерии. Вариант б) работает на изгиб, а) на осевое растяжение.

Таким образом, для анкеровки арматуры используются не одинаковые технические решения и схемы. Расчет производится на прочность сцепления стержней с бетоном, на выламывание, раскрытие трещин.