Какая арматура нужна для монолитной плиты фундамента

Процесс укрепления бетонной конструкции на стадии её заливки при помощи дополнительных связующих и придающих прочности элементов называется армированием. Для построения прочного и надежного фундамента зданий и сооружений в качестве армирующего материала используются стальные или композитные элементы, выполненные в форме прутка – арматура различного диаметра.

Она может быть уложена одним слоем, может присутствовать в виде двухуровневого каркаса: количество армирующих сеток определяется уровнем нагруженности плиты фундамента. Рассмотрим основные типы арматуры, которые применяются в процессе создания основания.

Классический строительный материал, который привычен и понятен и проектировщикам, и строителям. Производство и технические характеристики арматурного металлопроката описаны и регулируются нормами Государственного Стандарта № 5781 от 1982 г. (ГОСТ 5781-82).

По типу поверхности арматуры можно выделить две большие категории этого стройматериала:

• Гладкая – представляет собой пруток с равномерной ровной поверхностью. Выпускается в виде отдельных штанг либо в мотках (арматура диаметром до 10 мм). Сюда относится арматурная продукция класса А240;
• С рифленой поверхностью – по всей длине прутка выполнен повторяющийся рельефный узор в виде колец или штрихов в форме елочки. Самыми распространенными классами арматуры в этой категории будут А300 и А400.

Какой именно тип нужно использовать при обустройстве монолитной плиты решают проектировщики. Считается, что классы арматуры с гладкой поверхностью больше подходят для не слишком массивных плит, они нередко применяются в частном строительстве, при сооружении относительно небольших легких конструкций без значительной нагрузки на фундамент. Рельефные прутки обеспечивают лучшее сцепление с бетонным раствором, они создают более прочное и надежное соединение конструктивных элементов монолитной плиты. Поэтому их целесообразно использовать при обустройстве массивных фундаментов, особенно с внутренним двухуровневым каркасом.

Для расположения в виде продольных элементов часто применяют рифленую арматуру класса Alll, а для установки поперечных конструктивных элементов используются гладкие прутки класса Al. При проектировании фундамента также учитывают и марку арматуры. Она варьируется в диапазоне от С1 до С8, большее числовое значение символизирует рост прочностных характеристик материала. Это достигается за счет добавки легирующих составляющих в процессе производства стали.

В зависимости от потенциальной нагрузки на возводимый фундамент инженеры-проектировщики подбирают диаметр арматурных прутков:

• 10-12 мм – при строительстве фундаментной плиты для зданий из пенобетона, каркасно-щитовых, деревянных сооружений;
• 14-16 мм и выше – при планирующейся постройке более тяжеловесных зданий.

Виды арматуры также разделяются по способу производства, выпуск продукции может быть организован путем холодного или горячего проката металла. О том, как был произведен арматурный пруток, говорят буквенные символы в его маркировке:

• В – сталь холодного проката, применяются ее пластичные сорта. Неплохо выдерживают нагрузки на растяжение;
• А – горячий прокат, обладает хорошими сварными качествами, часто применяется для создания плиты фундамента в жилом строительстве;
• К – канатная сталь. В данном случае арматурный элемент представляет собой свитый канат, набранный из определенного количества проволоки. Наиболее распространенным видом является семипроволочный пруток. За счет неоднородной поверхности изделия обеспечивается прекрасная сцепка с бетонными растворами.

Этот материал представляет собой комбинацию волокон, возможно (и часто) не одного типа, связанных между собой в целостную структуру за счет пропитки из полимера. Существует несколько наиболее популярных видов композитной арматуры:

• базальтопластиковая;
• углеводородная;
• арамидная;
• стекловолоконная.

Поверхность прутков из композита может быть условно гладкой (с нанесенной мелкозернистой фракцией кварца) и с обмоткой в виде полимерного каната, покрытого сверху защитным слоем термореактивной смолы.

Состав композитной арматуры и её механические свойства определены нормами ГОСТа 312938-2012. Несмотря на существующий регламент, производители до сих пор активно экспериментируют с производственной рецептурой в попытках найти идеальную компоновку составляющих материала.

Эта строительная технология призвана значительно повысить уровень эксплуатационных качеств фундаментной монолитной плиты. Застывший бетон является довольно твердой субстанцией. Являясь основным конструкционным материалом фундамента, он успешно противостоит воздействию методом сжатия. Но при этом склонен к деформации и растрескиванию вследствие процессов кручения и растяжения.

В процессе эксплуатации плиты как основания на опору подаются нагрузки различной степени. Воздействующие силы не распределяются равномерно, а создают разнонагруженные зоны. Такой эффект достигается не только за счет того, что на некоторых участках установлены несущие стены или перегородки. Дифференциация нагрузки на отдельные участки плиты обусловлена также тем, что грунт, который расположен ниже фундамента здания, вносит свои коррективы: в нем происходят процессы, которые приводят к ослабеванию плотности, вымыванию и проседанию объема. Не стоит забывать и про пучение массы почвы из-за промерзания в особо холодные зимы, также важную роль играет и насыщенность земли грунтовыми водами.

Все вышеперечисленные факторы приводят к тому, что на монолитное основание здания оказывается не только сдавливающее воздействие, но еще и растягивающее. Чтобы придать конструкции большей прочности, дать ей возможность успешно противостоять процессам сжатия, кручения и растягивания, используется композитная или стальная арматура.

В качестве наглядного примера можно представить фундамент в виде монолитной плиты, сверху которого построен жилой дом. Давление на основание в большей степени оказывается именно по контуру установленных стен. Несущие конструкции будут как бы стремиться надломить единый массив плиты, направляя вектор своего воздействия перпендикулярно вниз. При этом пучинистый грунт может оказывать воздействие на места, свободные от стеновой нагрузки. Разнонаправленное давление на отдельные участки фундамента может привести к его растрескиванию, а последнее чревато самыми печальными последствиями вплоть до обрушения здания.

Армирование используется для того, чтобы избежать описанных негативных сценариев. Грамотное укрепление фундамента арматурой на стадии его создания способствует долгосрочной и длительной эксплуатации конструкции.

Принято считать, что не армировать плиту фундамента можно лишь в том случае, когда он залит на поверхности почвы или расположен даже несколько выше неё. И при этом не наблюдается потенциальных угроз для устойчивости и сохранения целостности конструкции. Практика показывает, что почти каждый фундамент испытывает на себе различное растягивающее или сжимающее воздействие. Поэтому без укрепления арматурой плита может прослужить гораздо меньше положенного срока.

При разработке проекта монолитного фундамента инженер должен определить несколько параметров, влияющих на эксплуатацию плиты-основания в будущем. Их перечень можно представить в следующем виде:

· Количество армирующих слоев. Определяющим значением толщины плиты в данном случае являются 15 см. Если планируется построить основание такого или меньшего размера в высоту – для армирования будет достаточно однослойной сетки из арматуры. Если же фундамент будет толще – целесообразно сооружение двухуровневого каркаса.

· Расчет нагрузки на плиту. Чтобы определить финальное значение, требуется квалифицированный математический подсчет, включающий суммирование давления на фундамент массы дома, нагрузок, возникающих вследствие снегопадов и ветров. В процессе определяют участки монолитной плиты, которые будут подвергаться максимальному воздействию.

· Несущие возможности почвы. Чтобы определить этот параметр потребуются геологоразведочные работы. Специалисты определят тип залегающего грунта, а потом выяснят его несущую способность, используя данные из СНиП.

· Диаметр прутка арматуры. Какой именно типоразмер стальных стержней применять для устройства фундаментной сетки определит проектировщик, но ориентировочно границу можно установить на длине стороны плиты в 3,0 м. До этого значения можно применять пруты диаметром 10-12 мм, выше 3 метров – стержни арматуры от 12 мм.

· Диапазон между рядами арматуры. Его еще называют «шагом сетки фундамента». Нормы этого расстояния регламентируются Сводом Правил «Бетонные и железобетонные конструкции» № 63.13330.2018. В большинстве случаев это 20-40 см, для участков с повышенным давлением (под стенами, колоннами) – 10-15 см. Существует базовое правило: шаг прутьев не должен превышать полуторного значения толщины плиты.

Когда описанные параметры рассчитаны и определены, выполняется чертеж будущего каркаса фундамента.

При оборудовании двухуровневого каркаса фундамента (при толщине плиты свыше 15,0 см) шаг между прутьями должен быть одинаковым для обоих слоев сетки. Торцы плиты должны быть армированы стержнями арматуры, изогнутыми П-образно. Их длина должна составлять значение, равное двойной толщине фундамента и выше.

Важным моментом при обустройстве основания является изоляция арматурных прутков от контакта с внешней средой. Для этого все стержни должны быть утоплены в тело плиты как минимум на 20 мм, причем со всех сторон фундамента.

Когда все необходимые приготовления будут проведены, и пора будет приступать к обустройству фундаментной сетки, нужно будет определиться, как прутки будут скрепляться между собой. На сегодня существует два способа надежно их соединить:

• сварка (для металлических стержней арматуры);
• увязка проволокой (подходит и для стальных, и для композитных стержней).

Во втором случае используют стальную проволоку диаметром до 3 мм. При помощи специализированных приспособлений или вручную её наматывают на прутки в местах пересечения продольных и поперечных рядов.

Этот вариант не слишком быстрый и трудозатратный, но имеющий свои преимущества. Именно увязка позволяет создать пластичное и относительно подвижное соединение, которое дает возможность пруткам приспосабливаться к микроподвижкам конструкции фундамента на стадии создания и в процессе эксплуатации.

Нормы изготовления фундаментных сеток описаны в ГОСТе 23279-2012. Именно с учетом требований этого документа производят готовые арматурные каркасы для фундамента.

Применяя их, строители могут в разы ускорить процесс обустройства плиты основания. Вот только ограниченный ассортимент типоразмеров иногда затрудняет подбор нужного варианта.

Чтобы плести армирующую сетку быстро и без отклонения в размерах, строители используют различного рода шаблоны. Это может быть прямоугольный отрезок доски или металлической полосы, также нередко шаблонный «метр» представлен в виде крестообразного соединения двух полос стали, это позволяет регулировать ширину ячейки в обоих перпендикулярных направлениях.

При необходимости соединить два отрезка арматуры в процессе создания фундаментной сетки это делается внахлест с запасом по длине в 40+ диаметров прутков. Т.е. минимальным значением продолжительности параллельного расположения (нахлеста) двух стержней диаметром в 16 мм будет участок длиной в 640 мм.

Порядок проектных расчетов, связанных с параметрами монолитной плиты, определен в специализированном пособии «Армирование элементов железобетонных зданий». Так площадь сечения присутствующей в фундаменте арматуры определяется в размере не менее 0,3% от общего показателя сечения плиты.

Рассмотрим пример подсчета диаметра прутка, исходя из следующих параметров:

Необходимо обустроить фундамент здания, с толщиной плиты в 200 мм и размерами 6х6 метров.

Армировочные сетки будут уложены в двух уровнях, т.к. высота фундаментного основания превышает 150 мм. Далее проводим расчет: какая площадь сечения стальных прутьев необходима в этом конкретном случае.

S поперечного среза фундамента = длина стороны (6,0 м) * толщину плиты (0,2 м) = 1,2 кв.м. Отсюда определяем минимально допустимый размер сечения арматурных стержней: 1,2 кв.м. х 0,3% = 0,0036 кв.м. или 36 кв.см.

Принимая во внимание, что рядов прутков в поперечном сечении 2, определяем, что площадь среза арматуры для одного слоя сетки равна 36/2 = 18 кв. см.

Для обустройства двухуровневого каркаса здесь должна использоваться арматура толщиной от 12 мм, т.к. длина стороны плиты превышает размер 3,0 м.

Узнать размер сечения одного арматурного прутка можно, ознакомившись с ГОСТ 5781-82. Исходя из приведенных данных, определяем, что для того, чтобы фундаментная плита в нашем примере получила свойства настоящего железобетонного изделия, она должна содержать следующее количество стержней (в зависимости от их размера):

Чтобы выдержать рекомендованное расстояние между прутками (до 40 см), в данном случае целесообразно применять арматуру диаметром 12 мм.

Неопытные строители, часто в такой роли выступают самозастройщики, могут сделать некоторые ошибки в процессе обустройства монолитной плиты фундамента. К наиболее распространенным их типам можно отнести следующие действия:

· Использование различных металлических отходов в качестве армирующих элементов. Это бывает, когда заказчики или хозяева стройки применяют для укрепления бетонного основания старые металлоизделия. Например, швеллеры, трубы, рельсы. Даже если они находятся в неплохом состоянии, их гладкая поверхность не может обеспечить должный уровень сцепления с массой бетона. Финальная конструкция не будет обладать нужными прочностными характеристиками.

· Сборка внутреннего двухуровневого каркаса для плиты методом сваривания из арматуры без символа С в марке стали. Отсутствие этого обозначения говорит о том, что структура металла ослабнет под воздействием силы тока в процессе электрической сварки. Это может в разы снизить прочностные характеристики плиты и, соответственно, сократить срок службы основания в несколько раз. Использовав сварочный аппарат в данном случае, строитель существенно ограничит эксплуатационные качества фундамента.

· Недостаточная изоляция армирующих элементов. Как упоминалось в этой статье ранее, прутки арматуры должны быть заглублены в толщу плиты минимум на 20 мм. Если строители упускают это требование, стержни могут начать ржаветь и из-за коррозии будет нарушена целостность конструкции. Постепенно это может привести к деградации каркаса и ослабеванию устойчивости и целостности плиты.

Иногда встречается применение гладкой арматуры класса А240 для обустройства продольных и поперечных рядов, в то время как прутки этого типа должны применяться для создания торцевых и поперечных соединений между слоями арматурной сетки.