Строительная арматура: виды, выбор, применение

Строительная арматура - для сварная сетка

• Что такое строительная арматура?
• Как арматура работает в бетоне?
• Виды строительной арматуры
• Как выбрать арматуру?
• Примеры расчётов для разных конструкций
• Стандарты, ГОСТ на строительную арматуру

Что такое строительная арматура?

Строительная арматура — это металлические или композитные стержни, сетки или каркасы, которые внедряются в бетон для повышения его прочности. Бетон сам по себе обладает высокой устойчивостью к сжатию, но плохо сопротивляется растяжению и изгибу. Арматура компенсирует этот недостаток, принимая на себя растягивающие нагрузки, что предотвращает разрушение строительной конструкции.

Основные характеристики:

• Материал: сталь (углеродистая или легированная) или композитные материалы (стеклопластик, базальтопластик).
• Поверхность: гладкая или рифлёная (для лучшего сцепления с бетоном).
• Форма: стержни, проволока, сетки, пространственные каркасы.

Объяснение термина:

• «Строительная» — указывает на сферу применения, используется в строительстве для создания прочных конструкций (фундаменты, колонны, перекрытия, стены, балки, мосты, тоннели и т.д.).
• «Арматура» — от латинского «armatura» (снаряжение, вооружение). Метафорически подчёркивает роль элемента как «брони», укрепляющей бетон. Исторически термин связан с военным делом, где арматура — часть снаряжения, защищающая воина.

Строительная арматура — это «скелет» бетонных конструкций, обеспечивающий их прочность и долговечность.

В Древнем Риме для укрепления бетона использовали тростник, позже — железные прутья. Современная арматура появилась в XIX веке.

Как арматура работает в бетоне?

Строительная арматура усиливает бетонные конструкции за счёт компенсации слабых сторон бетона. Вот пошаговое объяснение механизма:

Проблема бетона

Бетон обладает высокой прочностью на сжатие, но крайне низкой сопротивляемостью к растяжению и изгибу. При нагрузке (например, в балке или плите):

• Верхняя часть конструкции сжимается (бетон выдерживает это).
• Нижняя часть растягивается (бетон трескается и разрушается).

Роль арматуры

Арматура (стальные стержни) решает проблему растяжения:

• Сталь имеет высокую прочность на растяжение (в 100–200 раз выше, чем у бетона).
• При нагрузке растягивающие усилия передаются с бетона на сталь, предотвращая образование трещин.

Механизм

• Бетон и арматура сцепляются через рифлёную поверхность стержней.
• Когда бетон начинает растягиваться, деформация переходит на сталь, которая сопротивляется разрыву.
• Трещины либо не возникают, либо остаются микроскопическими, что безопасно для конструкции.

Синергия материалов — железобетон

Арматура и бетон образуют «композитный» материал — железобетон, где:

• Бетон работает на сжатие.
• Сталь работает на растяжение.
• Коэффициент теплового расширения у обоих материалов почти одинаков, поэтому при нагреве/охлаждении они деформируются синхронно, избегая внутренних напряжений.

Конструктивные особенности

Арматура размещается в зонах, где возникают растягивающие напряжения:

• В балках — вдоль нижней части.
• В плитах — в нижней и верхней сетках (если есть точечные нагрузки).
• В колоннах — для защиты от изгиба и повышения устойчивости к сжатию.

Элементы армирования

• Рабочая арматура: воспринимает основные нагрузки.
• Монтажная арматура — фиксирует каркас рабочей арматуры в проектном положении.
• Анкерная (хомуты): связывает элементы каркаса.

Предотвращение коррозии

• Бетон создаёт щелочную среду (pH ~12–13), которая пассивирует сталь, защищая её от ржавчины.
• Если трещины в бетоне превышают 0.3 мм, влага и соли проникают к арматуре, запуская коррозию. Поэтому критически важно соблюдать:
• Толщину защитного слоя бетона (обычно 20–50 мм).
• Качество бетона (низкая проницаемость).

Примеры работы арматуры

• Фундаментная плита: При неравномерной нагрузке грунта плита изгибается. Арматура в нижней части принимает растяжение, сохраняя целостность.
• Мостовая балка: При движении транспорта балка динамически нагружается. Арматура гасит колебания, распределяя энергию деформации.
• Сейсмостойкие здания: Арматурные каркасы усиливают колонны и узлы, позволяя конструкции «гнуться» без разрушения при землетрясениях.

Строительная арматура укрепляет конструкции за счёт:

• Перераспределения нагрузок: сталь берёт на себя растяжение, бетон — сжатие.
• Повышения пластичности: сталь «связывает» трещины, предотвращая хрупкое разрушение.
• Создания единой системы: материалы дополняют друг друга, обеспечивая прочность, долговечность и устойчивость к динамическим воздействиям.

Виды строительной арматуры

Строительная арматура классифицируется по нескольким критериям: материалу , профилю , назначению и технологии производства. Каждый вид решает определённые задачи в конструкции. Разберём их детально.

По материалу

Стальная арматура — производится из углеродистой или легированной стали. Особенности:

• Высокая прочность на растяжение и изгиб.
• Поддаётся сварке (не все классы).
• Подвержена коррозии (требует защитного слоя бетона).

Композитная арматура — изготавливается из стеклопластика (АСП), базальтопластика (АБП), углепластика. Особенности:

• Не ржавеет, легче стали в 5–9 раз.
• Низкая теплопроводность.
• Не сваривается, соединяется вязкой или хомутами.

Применение: агрессивные среды (морские сооружения, химические заводы), ремонт конструкций, малоэтажное строительство.

По профилю поверхности

Гладкая (А1 / А240) — поверхность без рёбер. Назначение:

• Создание монтажных каркасов.
• Элементы, не испытывающие высоких нагрузок (стяжки, хомуты).

Недостаток: слабое сцепление с бетоном.

Рифлёная (А2–А6 / А500) — поверхность с кольцевым или серповидным рисунком рёбер. Назначение:

• Рабочая арматура в зонах растяжения (нижняя часть балок, фундаменты).
• Усиление сцепления с бетоном до 25–30%.

Гладкая — для фиксации, рифлёная — для восприятия нагрузок.

По назначению

• Рабочая арматура — воспринимает основные нагрузки (растяжение, изгиб). Размещение: в нижней части балок, по периметру колонн.
• Монтажная арматура — формирует каркас, фиксирует рабочую арматуру.
• Распределительная (конструктивная) — равномерно распределяет нагрузки, предотвращает локальные деформации. Пример: сетки в плитах перекрытий.
• Анкерная (хомуты) — связывает элементы каркаса, гасит поперечные нагрузки. Пример: замкнутые хомуты в балках.

Рабочая — «мышцы» конструкции, монтажная — «скелет».

По технологии изготовления

• Горячекатаная (стержневая) — производится методом проката нагретой стали через валки. Применение: универсальна для всех типов конструкций.
• Холоднодеформированная (проволочная) — изготавливается методом волочения стали через фильеры. Классы: Вр-1, Вр-2 (рифлёная проволока).

Горячекатаная — для массивных конструкций, холоднодеформированная — для лёгких.

По наличию напряжения

• Обычная арматура — устанавливается без предварительного натяжения. Применение: стандартные ЖБИ (плиты, блоки).
• Преднапряжённая арматура — сталь растягивают до заливки бетона, затем отпускают. Бетон получает сжимающие напряжения, повышающие устойчивость к растяжению. Применение: пролёты мостов, высотные здания, большепролётные перекрытия.

Основные характеристики строительной арматуры

Строительная арматура выбирается на основе ключевых параметров, которые определяют её прочность, долговечность и совместимость с бетоном. Разберём эти характеристики детально.

Класс прочности — свойство арамтурного проката (и маркировка), отражающее предел текучести (напряжение, при котором сталь начинает деформироваться без увеличения нагрузки).

Обозначение:

• Для стальной арматуры: А240, А400, А500, А600, А800, А1000 (цифры указывают предел текучести в МПа).
• Для композитной: АСК (стеклопластик), АБК (базальтопластик) с указанием прочности на растяжение (например, 1200 МПа).

Класс прочности определяет максимальную нагрузку, которую выдержит конструкция. Чем выше класс, тем меньше риск деформации при эксплуатации.

Примеры:

• А500 (предел текучести 400 МПа) — для фундаментов, колонн.
• А800 — для мостовых опор, высотных зданий.

Диаметр стержня — номинальный размер поперечного сечения арматуры (в мм). Диапазон от 4 мм (проволока) до 40 мм (массивные стержни). Диаметр стержня определяет несущую способность: чем больше диаметр, тем выше сопротивление нагрузкам и плотность армирования: количество стержней на единицу площади.

Примеры:

• 10–12 мм — для малоэтажных домов.
• 20–32 мм — для промышленных объектов.

Предел прочности при растяжении — напряжение, при котором арматура разрывается. Соотношение с пределом текучести: У стали предел прочности на 15–25% выше предела текучести.

Предел прочности при растяжении определяет:

• Запас прочности конструкции.
• Способность арматуры выдерживать экстремальные нагрузки (например, при землетрясениях).

Относительное удлинение при разрыве — процентное увеличение длины стержня до разрыва. Нормативы:

• Для стали: 14–25% (чем выше класс, тем ниже удлинение).
• Для композитов: 2–3% (хрупкость).

Относительное удлинение при разрыве определяет:

• Пластичность материала: способность поглощать энергию деформации.
• Чем выше удлинение, тем меньше риск внезапного хрупкого разрушения.

Профиль поверхности: гладкая (А240) — без рёбер, рифлёная (А400–А1000) — кольцевые, серповидные или смешанные рёбра.

Профиль поверхности определяет:

• Сцепление с бетоном: рифлёная арматура увеличивает адгезию на 25–30%.
• Распределение напряжений: рёбра препятствуют проскальзыванию стержней в бетоне.

Марка стали — химический состав стали, влияющий на её свойства, например, Ст3кп (углеродистая сталь).

Как выбрать арматуру?

Расчёт схемы расположения, выбор вида и диаметра арматуры — это сложный процесс, основанный на нормативных документах (СП, ГОСТ) и инженерных расчётах.

Схема армирования, диаметр и вид арматуры определяются через:

• Расчёт нагрузок и внутренних усилий.
• Подбор материалов по СП и ГОСТ.
• Конструирование каркасов с соблюдением защитных слоёв и анкеровки.

Ошибка в расчётах или нарушение норм приводит к авариям: трещины, прогибы, обрушения. Поэтому каждый этап проектирования требует строгого следования нормативам и проверки.

Нормативная база

Проектирование и армирование строительных конструкций регламентируется:

• СП 63.13330.2018 («Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»).
• ГОСТ 34028-2016 (для стальной арматуры).
• ГОСТ 31938-2012 (для композитной арматуры).
• СНиП 2.03.01-84 (устаревший, но используется как справочный).

Эти документы определяют:

• Минимальные диаметры и шаги арматуры.
• Требования к защитным слоям бетона.
• Методы расчёта несущей способности и трещиностойкости.

Проектирование (расчет) арматурных каркасов

1. Схема расположения

• Плиты: Две сетки (верхняя и нижняя) с шагом 15–30 см.
• Балки:
  • Нижние стержни — рабочая арматура.
  • Верхние стержни — против отрицательных моментов над опорами.
  • Хомуты — для восприятия поперечных сил.
• Колонны: Вертикальные стержни по периметру + спиральные хомуты.

Пример схемы для ленточного фундамента:

• 4 стержня Ø12 мм (снизу и сверху).
• Хомуты Ø6 мм с шагом 30 см.

2. Защитный слой бетона

• Минимальная толщина (СП 63.13330):
  • Фундаменты: 40 мм.
  • Перекрытия: 20 мм.
  • Уличные конструкции: 30–50 мм.

3. Анкеровка и стыковка

Стыковка внахлёст: 30–50 диаметров стержня.

Примеры расчётов для разных конструкций

Плитный фундамент

Монолитная плита под всей площадью здания. Армируется двумя сетками (верхней и нижней) для защиты от изгиба.

Диаметр стержней: 12–16 мм (класс А500).

Шаг сетки: 20–30 см.

Защитный слой: 30–50 мм от края бетона.

Расчёт количества:

• Плита 10×10 м.
• Стержни в одном направлении: 10/0,2 + 1 = 51 шт.
• Всего стержней в двух сетках: 51 х 2 х 2 (направления) = 204 шт.
• Длина одного стержня: 10 м.
• Общий метраж: 204 х 10 м = 2040 м.
• Вес (для Ø12 мм): 2040 х 0.888 кг/м = 1811 кг.

Ленточный фундамент

Армируется продольными стержнями (рабочая арматура) и хомутами (поперечная арматура).

Рабочая арматура: 10–14 мм (А500), 2–4 стержня сверху и снизу.

Хомуты: 6–8 мм (А240), шаг 30–50 см.

Расчёт количества:

• Лента длиной 40 м, высота 1 м, ширина 0.5 м.
• Продольные стержни (4 шт. Ø12 мм): 40 м х 4 х 2 (верх и низ) = 320 м.
• Хомуты (Ø8 мм, шаг 0.3 м). Количество: 40 /0,3 + 1 = 134 шт.
• Длина одного хомута: 2 х (1 м +0,5 м) + 0,2 м (нахлёст) = 3.2 м.
• Общий метраж: 134 х 3,2 = 429 м.
• Вес:
• Продольные: 320 х 0,88 = 284 кг.
• Хомуты: 429 х 0.395 = 169 кг.
• Итого: 453 кг.

Столбчатый (свайный) фундамент

Вертикальные стержни в столбах + хомуты.

Вертикальная арматура: 10–12 мм (А500), 4–6 шт. на столб.

Хомуты: 6 мм (А240), шаг 20–30 см.

Расчёт количества:

• 20 столбов высотой 2 м.
• Вертикальные стержни (4 шт. Ø10 мм на столб): 20 х 4 х 2 м = 160 м.
• Хомуты (Ø6 мм, шаг 0.25 м): 2/0,2 + 1 = 9 шт.
• Длина хомута: 0,3 м х 4 +0,1 (нахлёст) = 1.3 м.
• Общий метраж: 20 х 9 х 1.3 = 234 м.
• Вес:
• Вертикальные: 160 х 0.617 = 99 кг.
• Хомуты: 234 х 0.222 = 52 кг.
• Итого: 151 кг.

Стяжка пола

Армирование сеткой для предотвращения трещин.

Сетка: 6–8 мм (А500), шаг 15–20 см.

Расчёт количества:

• Помещение 5×5 м.
• Стержней в одном направлении: 5 м / 0,15 м + 1 = 34 шт.
• Общее количество: 34 х 2 = 68 шт.
• Метраж: 68 х 5 м = 340 м.
• Вес (Ø6 мм): 340 х 0.222 кг = 75.5 кг.

Плита перекрытия

Армируется двумя сетками (верх и низ).

Диаметр стержней: 10–14 мм (А500), шаг 15–20 см.

Расчёт количества:

• Пример: Плита 6×6 м, толщина 200 мм.
• Стержней в одном направлении: 6 м / 0,15 м + 1 = 41 шт.
• Всего стержней в двух сетках: 41 х 2 х 2 = 164 шт.
• Метраж: 164 х 6 м = 984 м.
• Вес (Ø10 мм): 984 х 0.617 кг = 607 кг.

Расчёты всегда уточняйте в проектной документации или с инженером!

В интернете доступны онлайн-сервисы, которые позволяют получить приблизительные расчеты диаметра, типа и количества арматуры, необходимой для армирования различных строительных конструкций. Эти инструменты могут быть полезны на этапе предварительного планирования и оценки материалов.

Использование этих сервисов может упростить процесс оценки необходимых материалов, однако всегда помните о необходимости профессиональной проверки и корректировки полученных результатов.

Стандарты, ГОСТ на строительную арматуру

Производство строительной арматуры регламентируется государственными стандартами (ГОСТ), которые устанавливают требования к материалам, геометрии, механическим свойствам и методам испытаний. Соблюдение этих норм гарантирует безопасность, долговечность и надежность железобетонных конструкций.

Основные ГОСТ для арматурного проката

ГОСТ 34028-2016. Заменяет устаревшие ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 10884-94. Регулирует производство горячекатаной арматуры классов:

• А240 (гладкий профиль, предел текучести 240 МПа).
• А400, А500, А600 (рифлёный профиль, для несущих конструкций).
• А800, А1000 (для предварительно напряженных конструкций: мосты, высотные здания).

ГОСТ 5781-82. Остаётся справочным для классификации арматуры по классам прочности (А1–А6) и сортаменту. Например:

• А1 (А240) — гладкие стержни для монтажных каркасов.
• А3 (А400) — рифлёная арматура для фундаментов и перекрытий.

ГОСТ 10884-94. Регламентирует термомеханически упрочнённую арматуру, используемую в условиях повышенных нагрузок.

ГОСТ 52544-2006. Определяет требования к сварным сеткам и каркасам, включая размеры ячеек и диаметр проволоки.

Основные требования к арматурному прокату, установленные ГОСТами:

• Механические свойства:
  • Пределы прочности и текучести.
  • Относительное удлинение.
  • Ударная вязкость.
• Геометрические параметры:
  • Диаметры и сечения арматурных стержней.
  • Форма и размеры периодического профиля (рифления).
  • Допуски на размеры.
• Качество поверхности:
  • Отсутствие трещин, расслоений и других дефектов.
  • Требования к коррозионной стойкости.
• Свариваемость:
  • Требования к химическому составу стали для обеспечения свариваемости.
  • Методы контроля качества сварных соединений.
• Маркировка:
  • Обозначение класса арматуры, диаметра и других характеристик.

ГОСТ обеспечивают системный подход к производству арматурного проката, охватывая все этапы — от химического состава стали до финальных испытаний. Соблюдение этих стандартов гарантирует, что арматура:

• Соответствует проектным нагрузкам.
• Обладает предсказуемыми механическими свойствами.
• Устойчива к коррозии и деформациям.

При выборе арматуры всегда требуйте сертификаты соответствия ГОСТ и проверяйте маркировку (например, «А500С ГОСТ 34028-2016») .

Смотрите также статью: Таблицы расчета веса стальной рифленой арматуры.