Чем лучше армировать колонны (пилоны), хомутами или шпильками?
Поперечная арматура колонн с удлиненной стороной (пилонов) — это неотъемлемая часть их армирования. В таких колоннах возникают большие моменты вдоль длинной стороны и большие поперечные силы. Вертикальные стержни сгущают на краях и расставляют в средней части сечения с шагом не более 400 мм. Возникает вопрос, что выбрать в качестве поперечной арматуры? Многие конструкторы армируют пилоны четырехсрезными, шестисрезными и более «срезными» хомутами, принимая их одного диаметра и делая их одинакового размера. Кто-то, вместо нескольких хомутов ставит один хомут, а в средней части ставит шпильки. В чем отличие армирования хомутами от армирования шпильками?
В большей степени выбор типа армирования зависит от напряженного состояния пилона и от необходимой по расчету поперечной арматуры (величины поперечной силы). Общее требование — все сжатые стержни, расположенные у грани элемента, должны быть надежно скреплены арматурой от выпучивания (выкалывания защитного слоя бетона, при потере устойчивости сжатого стержня). Квадратные колонны с размером сторон до 400 мм включительно принято армировать хомутами, так как шпильками менее удобно (продольные стержни будут болтаться при монтаже). Кроме того, в колоннах часто возникает крутящий момент, а при действии крутящего момента хомут должен быть замкнутым.
Если по расчету требуется поперечная арматура диаметром d10 мм или d12 мм, то шпильки из таких диаметров делать не принято, но если по расчету достаточно одного охватывающего хомута, то, чтобы соблюсти конструктивные требования, можно поставить для средних стержней шпильки из арматуры d6 мм или d8 мм (с шагом не более 400 мм), и сэкономить на поперечной арматуре (не делать четырехсрезные или шестисрезные хомуты одного диаметра). В любом случае, все крайние стержни должны быть охвачены хомутом, а чем захватывать средние должен решить сам конструктор.
Единственное, на что стоит обратить внимание при выполнении требования п. 10.3.15 СП 63.13330, это на шаг шпилек, охватывающих вертикальную арматуру. Как известно, вертикальные стержни при сжатии могут терять устойчивость и выпучиваться в сторону меньшего расстояния до грани колонны, поэтому в нормативных документах (в частности, в пункте 10.3.14 СП 63.13330) указано максимальное расстояние между хомутами (или поперечными стержнями), которые удерживают вертикальный стержень от выпучивания по высоте колонны, это расстояние для внецентренно сжатых линейных элементов (т.е. колонн) равно 15 диаметров вертикального стержня. В СП 430 также указано про шаг поперечной арматуры в зоне нахлеста, для колонн, равном 10 диаметров вертикальной арматуры. Шаг поперечной арматуры равный 10d также предусматривается, если по расчету вдоль одной из граней колонны требуется установка более 1,5% сжатых стержней, тогда шаг поперечной арматуры не должен превышать 10d по всей высоте пилона (если площадь более 1,5% требуется по всей высоте пилона), об этом написано в СП 63. Но кроме максимального расстояния по вертикали в нормах прописано и про максимальное расстояние по горизонтали между загибами хомутов (или шпилек), относительно которых он может гарантированно удерживать вертикальный стержень от выпучивания при потере устойчивости. Как было указано выше, это расстояние прописано в пункте 10.3.15 СП 63.13330 и равно 400 мм. Кроме величины 400 мм, в СП 63 также указано, что вертикальные стержни должны быть охвачены поперечной арматурой через один стержень, т е. при шаге вертикальных стержней 100 мм на средней ширине пилона 400 мм должны быть охвачены 3 вертикальных стержня, крайние ряды и один средний ряд. Из большого опыта проектирования колонн, сложившегося еще в прошлом веке, можно сделать вывод, что колонны принято армировать замкнутыми хомутами через один вертикальный стержень. Тем не менее часто бывает ситуации, при которых по расчету не требуется поперечная арматура в колонне, например на средних этажах многоэтажного дома. В таких случаях поперечная арматура устанавливается только конструктивно, чтобы предотвратить выпучивание вертикальных стержней, поэтому замкнутые хомуты можно заменить шпильками. Тем не менее один общий замкнутый хомут, охватывающий все стержни должен быть установлен, а если вдоль грани колонны больше 4-х вертикальных стержней, то замкнутых хомутов должно быть не менее 2-х, но остальные вертикальные стержни можно охватывать шпильками. Шпильки в таком случает должны охватывать и вертикальный стержень и сам хомут (см. п. 10.4.3 СП63).
В нормативных документах по железобетону разных стран встречаются отличии в расстановке поперечных стержней. Например, в строительных нормах Индии поперечные стержни устанавливают, если расстояние между вертикальными стержнями более 75. Промежуточный вертикальный стержень можно не охватывать шпилькой, если он расположен на расстоянии меньшем или равном 75 от соседних и соседние стержни охвачены замкнутыми хомутами. В американских нормах требования менее строгие, там достаточно установить промежуточные шпильки с шагом не более 14 дюймов (35.56 см). В российских нормах, как было написано выше, требования еще менее строгие, допускается 400 мм между отгибами, при этом, если ширина грани менее 400 мм, то на внутренние два стержня шпильки можно не ставить.
В индийских нормах расстояние между загибами хомутов, при наличии неохваченного хомутом вертикального стержня равно 150 мм, в российских нормах 400 мм (но про неохваченные стержни ничего не сказано)
Расстояние xi по американским нормах равно 14 дюймам (35,56 см), при этом, судя по рисунку из норм, допускается один неохваченный вертикальный стержень
Расположение поперечных связей в широких колоннах (из норм по проектированию в Японии. 2007 г.)
Конструкция пространственных арматурных каркасов в сжатых элементах (картинка из «Методического пособия. Расчет железобетонных конструкций без предварительно напряженной арматуры к СП 63.13330.2012. Москва 2015)
Если сечение пилона сильно вытянуто в плане, то в соответствии с пунктом 10.4.6 СП 63.13330: «Армирование пилонов, занимающих по своим геометрическим характеристикам промежуточное положение между стенами и колоннами, производят как для колонн или как для стен в зависимости от соотношения длины и ширины поперечного сечения пилонов», т. е. пилоны с отношением сторон сечения менее 4 армируют как колонны, а с отношением более 5 армируют как стены. Также в соответствии с пунктом 5.7 СП 52-103-2007: «…Прямоугольные колонны (пилоны) с вытянутым поперечным сечением имеют соотношения b/a 4. Более вытянутые в плане колонны следует относить к стенам» такие пилоны относят к стенам и для них действуют требования для стен, а именно, указанное в пункте 10.4.3 требование о соединении (охвате) поперечными связями (шпильками) одновременно и вертикальной, и горизонтальной арматуры, а также другие конструктивные требования, указанные в пункте 5.25 «Методическое пособие. Расчет железобетонных конструкций без предварительно напряженной арматуры. К СП 63.13330.2012» или Пособии к СП 52-101-2003. О принадлежности пилона к стенам или колоннам также указано в главе 5.3.1 (7) ТКП EN 1992-1-1-2009: «Колонной считается элемент, высота поперечного сечения которого не более его четырехкратной ширины, а общая длина составляет не менее его трехкратной высоты. В других случаях она рассматривается как стена».
Источник
Шпильки в балках и колоннах – для чего их нужно заказывать в проекте
Архив рассылки «Непрошеные советы» для начинающих проектировщиков. Выпуск № 12.
В этом выпуске непрошеных советов поговорим о шпильках – незаметной, но важной детали железобетонных конструкций.
Ни один расчет не даст конструктору данных о необходимости устанавливать в балках и колоннах шпильки. И многие просто игнорируют эту неприметную, но важную деталь арматурного каркаса. А ведь проектировать надежные конструкции является прямой обязанностью инженера. Если мы не закажем шпильки, никто их на стройке по доброй воле не установит. И в итоге, после бетонирования каркас станет совсем не таким, каким было задумано.
Что же такое шпильки и зачем они устанавливаются?
Шпилька – это элемент из гладкой арматуры класса А240С, который соединяет рабочую арматуру балки (колонны, подколонника) и удерживает ее в рабочем положении в процессе армирования и бетонирования. То есть главная функция шпилек – это фиксация рабочей арматуры в нужном нам положении. Дело в том, что жидкий бетон при заливке стремится распереть арматуру, и она просто не способна выдержать его давление, если не создать для нее благоприятных условий. Если же арматура брошена на выживание, то вязаный каркас может так растянуть, что рабочие стержни или хомуты окажутся придавленными к опалубке. Тут уже не будет речи ни о защитном слое бетона для арматуры, ни о нормальной работе конструкции. Если это единичный ляп в конкретном месте, то все может обойтись, а если целый железобетонный каркас? Или подземная конструкция, арматура которой из-за отсутствия шпилек не будет в достаточной мере защищена бетоном? В общем, пугать заканчиваю, а скажу просто: шпильки – это такая же важная часть конструкции, как и любая другая. Главное – соблюдать конструктивные требования, а все они отлично изложены в Руководстве по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения арматуры).
Начнем с колонн и подколонников. На рисунке 73 руководства четко изложены требования по установке шпилек.
Мы видим, что при размере стороны колонны 500 мм и менее шпильки не нужны. Объяснение этому простое – хомуты, установленные с нормативным шагом не прогнутся под давлением бетона и спокойно удержат рабочую арматуру в проектном положении. А вот если сторона колонны более 500 мм, то нужно устанавливать шпильки так, как показано на рисунке. Они придадут дополнительную жесткость вязаному каркасу и не дадут ему разъехаться при бетонировании. Количество хомутов на этом рисунке тоже оговорено, и это неспроста. Слишком большой хомут (со стороной больше метра) будет слишком гибким, а значит ненадежным. Поэтому при размере стороны колонны от 1200 мм и более хомутов ставится уже два.
Хочу заметить, что все требования по конструированию четки, логичны и имеют под собой основание. Допустим, неравномерный шаг хомутов как в колоннах, так и в балках имеет вескую причину: в колоннах в нижней зоне нахлестываются стержни, и именно здесь учащенное поперечное армирование позволяет каркасу работать как единое целое; в балках хомуты ставятся чаще у опор и в случае сосредоточенной нагрузки – это позволяет воспринимать поперечную силу и удерживать конструкцию от возникновения трещин. И так каждому конструктивному требованию есть весомое объяснение, поэтому начинающему проектировщику стоит потратить первое время работы на изучение Руководства по конструированию, не игнорируя ни одного указания – только тогда ваши проекты будут надежны и безопасны.
Теперь о шпильках в балках. На рисунке 89 приведены условия, при которых устанавливаются шпильки.
При высоте сечения балок более 600 мм установка боковой арматуры и шпилек обязательна. Такой каркас удерживает вертикальную часть хомутов в проектном положении и создает такую совместную работу стержней каркаса, которая обеспечивает надежную работу балок. Обратите внимание, шпильки можно устанавливать в шахматном порядке и их шаг может быть реже, чем шаг хомутов.
И под конец хочу сказать пару слов о конструировании шпилек из гладкой арматуры. Согласно п. 2.15 руководства:
И этот момент нужно помнить: гладкие стержни плохо анкеруются в бетоне, их всегда нужно оканчивать крюками, лапками или петлями. И это всегда нужно показывать на чертеже и учитывать при определении длины стержня шпильки и ее веса в спецификации, ведь строители сами себе лишнюю работу придумывать не будут. Добавку для шпильки следует брать такую же, как для хомута (из таблицы 2 руководства), а изобразить ее просто вот таким узлом:
На этом выпуск о шпильках я заканчиваю.
Если информация в этом письме оказалась слишком простой или уже известной, простите великодушно! Я надеюсь, что в новых выпусках вы найдете для себя что-то важное. Но я думаю, что если хоть один из десяти подписчиков не знал этого, то письмо будет полезным.
Источник
Шпильки для опалубки
Методика применения съемной опалубки при возведении монолитных конструкций из бетонной смеси предполагает наличие надежных крепежных элементов, связывающих параллельные щиты друг с другом и фиксирующих их на необходимом расстоянии. Эти функции осуществляет комплект из стяжной шпильки (ее еще называют стяжной болт, винт, стяжка для опалубки) с 2-я гайками, затягиваемыми с наружных сторон, поливинилхлоридной трубки и стопоров (фиксаторов). Шпилька осуществляет поддержку щитов в определенной плоскости вместе с внешними опорами, обеспечивает заливку в рамках проектной толщины и выдерживает различные динамичные внешние воздействия.
Характеристика
Стяжная шпилька берет на себя всю нагрузку при заливке бетонного раствора в опалубку стен.
Стяжные винты обладают типовыми размерами: 0,5, 1, 1,2, 1,5 метра. Предельная длина составляет 6 метров. При выборе данной стяжки требуется принимать в расчет толщину стенки, в которую заливается бетонный раствор.
Конструктивно стяжной винт являет собой круглую шпильку с внешним диаметром, равным 17 миллиметрам. С 2-х сторон на него наворачиваются специализированные опалубочные гайки с аналогичным параметром от 90 до 120 миллиметров. Имеется 2 вида гаек для опалубочных систем: гайки барашковые и шарнирные (суперплита).
Использование стяжного винта для опалубочной системы дает возможность применять ее неоднократно. Срок службы изделия нелимитирован. Комплект содержит в себе пластмассовые конусы и ПВХ (поливинилхлоридные) трубки. Подобные элементы необходимы для предохранения стяжки от воздействия бетонной смеси и обеспечивают свободное извлечение стяжной шпильки из конструкции.
Специально созданная структура, а именно резьба на шпильке и гайках, способствует затягиванию, и раскручивания, даже когда попадает крошка бетона либо песок, не происходит.
Стяжная шпилька для контура монолитных сооружений из бетона — изделие, которое выдерживает массу возводимого объекта и все динамичные внешние воздействия. От прочности этой детали находится в зависимости монолитность сооружения. Главная область применения – строительство бетонных и Ж/Б стен для промышленных объектов и жилых домов, колонн, перекрытий, фундамента. Стяжная шпилька требуется для монтирования конструктивных элементов опалубочной системы, отвечает за сопряжение щитов и жесткость.
Рассматриваемые шпильки для опалубки производятся из легированных сталей путем холодного либо горячего накатывания (накатки) резьбы. Сталь имеет высокую прочность и способна выдержать значительные силовые воздействия (от веса бетона).
Используются всегда в комплексе с другими видами резьбового крепежа: гайками, а также трубкой из поливинилхлорида (для крепления опалубки). Выпускается в форме сплошной шпильки 3-метровой длины:
- диаметр по наружной фаске резьбы – 17 миллиметров;
- диаметр по внутренней фаске резьбы – 15 миллиметров;
- дистанция промеж ниток резьбы – 10 миллиметров;
- масса одного погонного метра – 1,4 килограмма.
Есть 2 разновидности стяжных шпилек для опалубочной системы.
- Тип А. Шпилька обладает равными диаметрами на безрезьбовом и резьбовом участках.
- Тип Б. Шпилька обладает меньшим диаметром безрезьбовой области и увеличенным диаметром резьбовой части.
Кроме стальных винтов, при устройстве опалубочной конструкции практикуются и иные виды изделий.
- Стяжные болты из стекловолокна. Эти изделия характеризуются незначительной теплопроводностью и маленьким сопротивлением на срез. В основном эти элементы одноразового пользования, их обрезают в процессе демонтажа опалубочных систем и не извлекают из бетонных конструкций.
- Пластмассовая стяжка для опалубки характеризуется приемлемой стоимостью. Обыкновенная стяжка из пластмассы практикуется для монтажа форм под заливку конструкций с шириной не более 250 миллиметров. При установке форм для более широких конструкций (до 500 миллиметров) параллельно со стяжкой применяется пластмассовый удлинитель.
Применение
Опалубочная стяжка применяется для монтажа параллельных щитов опалубочной конструкции, вследствие чего после заливки бетонного раствора они не расползаются по сторонам. В связи с этим болт для стягивания должен выдерживать значительные внешние воздействия, противодействуя давлению бетонного раствора.
Как уже говорилось, стянуть и зафиксировать опалубочные щиты помогают 2-е гайки, они устанавливаются с наружных сторон связываемых щитов. Площадь поверхности гайки равняется 9 либо 10 сантиметрам, поэтому достигается плотное примыкание к поверхности щитов.
При значительных нагрузках данной площади примыкания становится мало, потому устанавливаются вспомогательные шайбы.
Практикуются шпильки для монтажа опалубочной системы при сооружении монолитных конструкций. Такой крепеж довольно дорогой, по этой причине его применяют неоднократно. Другими словами, после застывания бетонного раствора опалубка демонтируется, стяжные винты извлекаются и переставляются на новое место.
Особенности монтажа
При установке опалубочной системы производятся следующие действия:
- в бортах производится подготовка отверстий для монтирования поливинилхлоридных трубок;
- в ПВХ трубки помещаются шпильки, по длине они должны быть значительно больше ширины опалубочных щитов, чтобы оставалось место для фиксации гаек;
- щиты равняются, шпильки закрепляются гайками;
- формы заполняются бетонной смесью;
- после застывания раствора (не менее, чем на 70%,) гайки отворачивают, а шпильки вытаскивают;
- трубки из поливинилхлорида остаются в теле бетонной конструкции, отверстия можно закрыть специализированными заглушками.
Вследствие использования поливинилхлоридных трубок конструкция без особых усилий разбирается, а шпильки можно неоднократно эксплуатировать, уменьшая затраты на строительные работы.
Обвязывание опалубки винтами гарантирует прочность конструкции, более того, установка и разборка производятся с наименьшими временными издержками и трудозатратами. Для осуществления установки не надо быть квалифицированным специалистом.
Положительным моментом является и многофункциональность крепежного материала, его можно использовать для выполнения незначительных объемов работ и для крупномасштабного строительства.
Источник