По нормативам СП 63.13330 армирование балок выполняется по силовому расчету на сжатие, изгиб, кручение. В зависимости от формы поперечного сечения и типа балки, длины пролета, количества опор и степеней свободы концов, действующих нагрузок и прочих факторов.
Используется продольное, поперечное рабочее и косвенное конструкционное армирование рифлеными и гладкими стержнями, тросами, винтовыми прутками диаметра 6 – 40 мм.
Классификация балок
Может осуществляться армирование балки прямоугольного сечения арматурным каркасом, сетками или отдельными прутками в зависимости от условий эксплуатации. В строительстве принята классификация балок по следующим признакам:
- технология изготовления – отливка в форму на заводе, монолитное бетонирование с опалубку по месту;
- характер опирания – защемленная с одной или двух сторон, свободно лежащая;
- количество перекрываемых пролетов – консоль, однопролетная, многопролетная неразрезная;
- форма сечения в поперечнике – прямоугольное, тавровое, двутавровое, швеллерное, трапецеидальное, коробчатое;
- наличие дополнительных элементов – с вутами, грузовыми петлями, закладными анкерами;
- назначение – фундамент, перекрытие, покрытие, перемычка, армопояс;
- тип напряжения – преднапряженные, не напрягаемые.
В перекрытиях балки могут быть несущими и конструкционными элементами. В первом случае на них укладываются плиты перекрытий. Например, над большими пролетами. Во втором варианте балка заполняет щель между двумя соседними плитами перекрытия, покрытия.
В фундаментах из балок собирают ячеистые ростверки на столбах и сваях. Армопояса заливают по периметру этажа со стенами из газобетона, пеноблоков под перекрытие и стропильную систему. Самыми неудобными в монолитной технологии считаются балки консольного типа. Для их заливки требуется сооружение мощной опалубки снаружи здания.
То есть, во всех указанных случаях балки испытывают очень разные по направлению и усилиям нагрузки. Поэтому для каждого варианта разработана собственная, а иногда, и не одна, схема армирования.
Свободнолежащие балки опираются на стены, стойки, колонны. Защемленные балки вмуровываются одним или двумя концами в стены. У консолей один край свободно висит в воздухе без опоры.
Стальная арматура закладывается в бетон, во-первых, для восприятия растягивающих, изгибающих и крутящих нагрузок. Во-вторых, для предотвращения раскрытия трещин. В-третьих, для ликвидации внутренних напряжений во время формирования цементного камня.
Поэтому армирование жб балки состоит минимум из одной, максимум из трех частей:
- рабочее армирование – оно же прямое, продольное, основное;
- конструктивная арматура – она же второстепенная, поперечная;
- косвенное армирование – элементы закладные и необходимые для придания арматурному каркасу проектной формы.
Сам бетон отлично работает на сжатие. И в этом плане его усиливать не нужно. Балки, как и плиты, эксплуатируются в горизонтальном положении. И, в отличие от колонн, испытывают изгибающие нагрузки, даже, от собственного веса.
Поэтому армирование монолитных балок может выполняться с предварительным напряжением конструкции в заводских условиях. Вместо прутков обычно используются стальные тросы. Хомутов здесь нет вообще. Расход металла снижается в 2 – 3 раза. Тросы либо натягиваются в опалубке перед укладкой бетона. Либо после некоторого набора его прочности.
Это позволяет создать в балке напряжение, которое полностью компенсирует проектную нагрузку, прилагаемую к ней во время эксплуатации.
Размеры поперечного сечения
В первую очередь армирование монолитных балок учитывает размеры поперечного сечения. Высота вычисляется в зависимости от длины прогона/пролета по следующей таблице:
| Характер опирания и тип балки | Легкий бетон | Тяжелый бетон |
| Ребристого перекрытия с заделкой концов | 1/20 | 1/25 |
| Ребристого перекрытия свободно лежащие | 1/17 | 1/20 |
| Второстепенные | 1/17 | 1/20 |
| Прогон и ригель | 1/12 | 1/15 |
То есть, длина прогона 6000 мм делится на 12 для вычисления высоты сечения ригеля 500 мм из легкого бетона. И так далее.
Ширина вычисляется, исходя из значения высоты сечения по второй таблице:
| Высота, мм | Ширина, мм |
| 300 и 400 | 150 |
| 400, 500 и 600 | 200 |
| 600, 700 и 800 | 300 |
| 800, 900 и 1200 | 400 |
| 1000 и 1200 | 500 |
| 1200 и дальше кратно 300 | 600 и кратно 100 |
Типовое армирование консольных концов монолитных балок включает в себя анкеровку. Поскольку просто так из стен консоли не выпускают. К ним будут крепиться позже какие то элементы. Обычно это лестничные марши и балконные плиты.
Процент армирования монолитных балок
Значение защитного слоя по СП 52-101 минимальное 20 мм или d прутка, максимальное 50 мм для рабочей арматуры. Минимальное расстояние между прутками берется из таблицы:
| Расположение арматуры | Расстояние, мм |
| Верхний пояс | 30 |
| Нижний пояс | 25 |
| Нижний пояс, более 2 рядов | 50 |
Минимальный процент армирования составляет 0,1%. На него влияет схема армирования балки, величина сборных нагрузок, конструкция и технология монолитного бетонирования.
Рабочая арматура
По нормативу СП 63.13330 минимальный диаметр рабочей арматуры железобетонной балки составляет 10 мм. Количество стержней от двух и более.
Проектировщиком продольная рабочая арматура в балках укладывается согласно табличным значениям:
| Положение | Ширина | 40 | 36 | 32 | 28 | 25 | 22 | 20 | 18 | 16 | 14 | 12 |
| Низ | 500 | 6 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 10 | – | – | – | – |
| Верх | 500 | 6 | 6 | 7 | 8 | 8 | 9 | 9 | – | – | – | – |
| Низ | 400 | 4 | 5 | 6 | 6 | 7 | 8 | 8 | – | – | – | – |
| Верх | 400 | 4 | 5 | 6 | 6 | 6 | 7 | 7 | – | – | – | – |
| Низ | 300 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 | 5 | 6 | 6 | 7 | – | – |
| Верх | 300 | 3 | 3 | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 | 6 | 6 | – | – |
| Низ | 200 | – | – | 2 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 |
| Верх | 200 | – | – | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Низ | 150 | – | – | – | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Верх | 150 | – | – | – | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 |
По ширине в одном ряду больше этого количества укладывать стержни не допускается.
Выполняется армирование балок прямоугольного сечения прутками диаметра 16 мм, 25 мм и 32 мм при использовании легкого бетона классов В12,5, В15 – 25 и В30, соответственно. Если их будут армировать стержнями класса АIV и ниже. В ячеистый бетон прутки толще 16 мм закладывать не рекомендуется.
По действующим строительным нормам арматурный каркас железобетонной балки можно собирать методом сварки или вязки проволочными хомутами.
Продольные прутки каркаса могут укладываться вплотную согласно схеме. Но, только в стесненных условиях. В остальных случаях между ними должен быть просвет от 50 мм для третьего и любого следующего ряда.
Для нижнего ряда размер просвета равен 30 мм по чертежу. Для верхнего ряда 25 мм в свету. При этом берется номинальная величина диаметра арматуры без учета рифления.
Классическая железобетонная балка лежит на двух и более опорах. Поэтому арматурный каркас в ней имеет условное разделение. Та его часть, которая висит над пролетами здания, называется свободной. На концах, соответственно, расположены приопорные участки балки.
И схемы армирования в обоих случаях отличаются:
- при расчете на изгиб определяется длина участка приопорного;
- здесь отгибаются прутки и обрывается длина части продольных стержней;
- длина анкеровки, на которую за грань опоры заводятся стержни нижнего ряда, определяют по формуле L = l1*α*S, где S площадь сечения прутка, α коэффициент влияния, l1 базовая длина;
- стержни расположены в бетонной конструкции друг над другом, запрещено смещать их в шахматном порядке.
По длине всей балки составляется специальный график приложения сил – эпюра. Эта графическая часть изготавливается по результатам расчетов. В результате можно точно выявить конец отгиба прутков, как на нижней схеме.
Арматура в опорах и пролетах может испытывать сжимающие и растягивающие нагрузки. В смежных пролетах прутки стыкуются внахлест. Как в консольных, так и в свободнолежащих балках.
Косвенное армирование
Поперечная вертикальная арматура становится необходима в ребрах плит, ригелях и балках при увеличении высоты поперечного сечения от 150 мм. Зависимость диаметра арматуры поперечной от аналогичного размера продольных прутков следующая:
- 5,5 мм или 6 мм – для диаметров 12 – 22 мм;
- 7 мм или 8 мм – для диаметров 25 – 32 мм;
- 9 мм или 10 мм – для диаметров 36 – 40 мм.
В каркасах и сетках поперечная арматура в балках шпильки должна иметь диаметр по расчету сварных швов. В балках без отгибов шаг поперечной арматуры возле граней максимум 600 мм или 2 ширины сечения. Диаметр стержней для хомутов внецентренно сжатых балок составляет ¼ диаметра продольной арматуры, но, не меньше 5 мм.
Снижается шаг поперечной арматуры в балке до 500 мм или 15d в вязаных каркасах с усилием сжатия до 400 МПа. При размере любой грани балки/ригеля меньше 400 мм допускается установка одного замкнутого хомута.
От периметра грузовой площадки поперечная рабочая арматура должна отстоять минимум на ¼ длины соответствующего периметра. В зоне продавливания шаг хомутов и поперечных стержней снижается до 300 мм.
Размеры ячейки сетки косвенного армирования должны быть в пределах 45 – 100 мм. Расстояние первой сетки от нагруженной грани 15 – 20 мм. Между сетками допускается оставлять 60 – 150 мм.
Внимание: При бетонировании монолитных балок в опалубку по месту необходимо обеспечивать свободные от арматуры участки под наконечник глубинного вибратора размером от 60 х 60 мм на равномерном расстоянии друг от друга не более 500 мм.
Отгибы и анкеровка
Отгибы повторяют эпюру сил, возникающих при эксплуатации жб конструкции. С анкеровкой монолитных ригелей, балок часто возникает путаница.
По умолчанию анкер – это закладная деталь. Но, его могут вмуровывать в бетон для того, чтобы на этапе монтажа закрепить на анкере другую конструкцию. И в этом случае наружу выступает резьба, пластина, прут, крюк или петля.
Либо анкер предназначен для увеличения взаимного сцепления бетона с арматурой. И в этом варианте он, во-первых, полностью скрыт в бетоне, во-вторых, при заделке использована типовая толщина защитного слоя.
Внутренний анкер может иметь вид приваренной шляпки, одного или нескольких поперечных прутков, петли, лапки, крюка или крупной резьбы, рифления, как на нижнем рисунке.
Лапки отгибаются только у арматуры с наружным рифлением. Гладкие стержни изгибают петлями и крюками. Концы прутков вязаных сеток должны иметь лапки/крючки/петли. В сварных сетках разрешено этого не делать.
Отгиб и изгиб рабочей продольной арматуры производится оправками диаметром от 10d. Вместо этого допускается применять короткие куски с двумя параллельными и одним наклонным участком. Но, исключительно на вспомогательных опорах колонн.
Один стержень можно отгибать в консоли шириной 200 мм и меньше. В более широких балках 300 мм отгибается два стержня в первом ряду и один в каждом следующем. При ширине балки от 400 мм по два стержня отгибается в каждом ряду.
Чтобы выдержать толщину защитного слоя 2d у боковых граней близлежащие к ним стержни не загибают.
Допускается минимальная величина заделки арматуры балки в колонну до середины. При этом стержни колонны так же могут быть отогнуты под прямым углом в сторону балки. Первый хомут ригеля прямоугольного сечения должен отстоять от боковой грани стойки на 50 мм минимум.
Соединения
Обычно продольное армирование балок перекрытия выполняется сплошными прутками без стыков. Но, в ж/б конструкциях также присутствует поперечная и косвенная арматура. Каркасы собирают либо методом вязки проволочными хомутами, либо способом сварки – дуговой, точечной, полуавтоматической, ванной в желобах.
В сварных сетках стержни соединяются поперек друг друга с проектным шагом ячейки. В продольном армировании используется сварка встык и внахлест, переменным или постоянным током в соответствии с требованиями СП, СНиП.
При этом армирование балки прямоугольного сечения балки выполняется с соблюдением условий:
- расположение стыков в местах с минимальным содержанием арматуры;
- обеспечение нормального проникновения бетона в опалубку и доступа для насадки глубинного вибратора по ширине;
- смещение стыков в зоны действия минимальных моментов сил;
- распределение соединений в разные сечения.
Разрешено армирование второстепенной балки вязанными сетками и каркасами. В этом случае все стыки нахлесточные или поперечные. Обычно механическое соединение применяют для растянутой арматуры – затяжки арок.
Смежные стыки располагаются на удалении минимум 30 мм или 2d. Рекомендуется армирование консольной балки со стыками по длине, расположенными вразбежку. Крюки на концах гладких стержней являются обязательным условием вязаного стыка.
Схемы армирования
Если продольная рабочая арматура в балках укладывается согласно расчета на действие линейной конструкции, то поперечные элементы, не обязательно, являются рабочими. Например, хомуты позволяют расположить продольные стержни на своих рабочих местах.
С другой стороны, шаг хомутов в балке корректируется таким образом, чтобы предупредить раскрытие в бетоне трещин. В армирование консолей балок закладываются элементы, к которым крепятся и несущие конструкции домов, и ограждающие части этажей.
Основными схемами армирования являются:
Эпюры моментов изгиба в зонах растяжения – это основное требование, согласно чему укладывается продольная рабочая арматура в балках опорного и консольного типа.
В приопорных участках армирование вутов выполняется сетками и/или наклонно расположенными прутками, как на верхнем чертеже.
Дополнительные указания
Кроме сжатия, растяжения и изгиба балка может испытывать усилия на кручение. Раскрытие трещин в железобетоне в этом случае происходит по винтовым линиям. При этом минимальный процент армирования железобетонных балок остается прежним, не более 5%.
А армирование балки фундаментной производится со следующими изменениями в схеме:
- замкнутая форма хомутов с перепуском концов от 30 диаметров изделия;
- приварка поперечных прутков к продольным стержням в углах для создания замкнутого контура;
- при сложном сечении балок в каждой его части устанавливаются хомуты замкнутой формы, сваренные между собой;
- шаг поперечного армирования у нормальных к плоскости изгиба граней меньше ширины сечения балки.
Обычно крутящие моменты возникают в крайних рядах основных балок. На которые вспомогательные балки или плиты опираются, только, с одной стороны. Например, так выполняется армирование балки консольной под балконную плиту.
Кроме того, на некоторых участках могут прилагаться нагрузки сосредоточенного типа. Здесь необходимы расчеты для определения площади сечения дополнительной арматуры. Устанавливаются учащенные хомуты, подвески, отгибы или сварные сетки, как на нижнем чертеже.
Важными условиями дополнительного армирования в местах сосредоточенных нагрузок являются:
- прямой участок отогнутого стержня в верхней зоне длиной от 20d или 0,8l;
- крюки на концах гладкой арматуры;
- диаметр отгиба, подвески от 10 мм;
- диаметр прутков сварной сетки 4 мм или 6 мм;
- количество подвесок, отгибов от 2 и более.
При больших нагрузках, ширине детали от 150 мм армирование монолитной балки выполняется двумя сетками. Соединение этих сеток в каркас производится поперечными стержнями. При наличии ребер и/или пустот армирование балки жб осуществляется прутками, уложенными вдоль осей граней.
Таким образом, схема армирования железобетонной балки, изготавливаемой методом монолитного литья, учитывает тип опирания, направление и величину нагрузок, форму и размеры поперечного сечения и длину пролета. Используется гладкая и рифленая арматура, вязаные и сварные каркасы, сетки, анкеры и закладные детали.
