Минимальный коэффициент армирования – это минимально возможное количество стали, которое должно быть заложено в железобетонные элементы конструкции для предотвращения преждевременного разрушения после потери прочности на растяжение. Минимальный коэффициент армирования контролирует растрескивание железобетонных конструкций.
Максимальный коэффициент армирования – это наибольшая площадь стали, которая может быть заложена в бетонные элементы, такие как колонны и балки. В железобетонной балке дополнительное армирование сверх максимального коэффициента армирования не принесет пользы, так как бетон разрушится до того, как будет использована вся прочность стали.
Разрушение бетонной конструкции происходит внезапно и не имеет никаких признаков перед разрушением. Максимальный коэффициент армирования обеспечивает экономичность бетонных элементов и безопасность против хрупкого разрушения бетона.
Наконец, требуемая площадь армирования проектируемого бетонного элемента не должна превышать максимальный коэффициент армирования и должна быть меньше минимального коэффициента армирования. Поэтому проектируемый элемент должен быть проверен на соответствие этому требованию.
- 1. Максимальный коэффициент армирования в балках
- 2. Максимальный коэффициент армирования в колоннах
- 1. Минимальный коэффициент усиления на сдвиг в балках
- 2. Минимальное продольное и поперечное армирование в монолитных стенах
Минимальный коэффициент армирования
Целью минимального коэффициента армирования является борьба с трещинами и предотвращение внезапного разрушения путем придания конструкции достаточной пластичности после потери прочности бетона на растяжение в результате образования трещин.
Строительные нормы и правила, такие как ACI 318-19, предусматривают минимальное соотношение армирования для различных арматурных бетонных элементов, таких как балки и колонны.
1. Минимальное соотношение армирования в балках
В железобетонных балках, если прочность на изгиб трещиноватой секции меньше момента, который вызвал растрескивание ранее нерастрескавшейся секции, то балка разрушится при образовании первой трещины на изгибе, не проявив никаких разрушений.
Минимальный коэффициент армирования, который можно рассчитать по уравнению, приведенному в ACI 318-19, может предотвратить преждевременное разрушение бетонной балки. Минимальное армирование для балок можно рассчитать с помощью следующего выражения:
где:
As,min: минимальная площадь стали, мм2
fc’: прочность бетона на сжатие, МПа
fy: предел текучести стали, МПа
bw: ширина полотна в тавровой балке и ширина балки в прямоугольной балке, мм
d: эффективная глубина, измеренная от крайнего волокна сжатия бетона до центра стальных стержней, мм.
Продольные и сдвиговые арматурные стержни
2. Минимальный коэффициент армирования в перекрытиях
Минимальная площадь армирования для перекрытия – это площадь температурного и усадочного армирования, устанавливаемого для борьбы с трещинами из-за усадки бетона и колебаний температуры. Не требуется обеспечивать площадь армирования больше, чем площадь армирования при температуре и усадке.
As = ρbd Уравнение 2
As: усадочное и температурное армирование, мм2
b: ширина полосы перекрытия, принимаемая для целей проектирования, равная 1 м
d: эффективная глубина, мм
Распределение усадочной и температурной арматуры в однопустотной бетонной плите
3. Минимальное соотношение армирования в однородном фундаменте
Минимальный коэффициент армирования для однородного основания аналогичен коэффициенту армирования плиты, т.е. коэффициенту температурного и усадочного армирования.
4. Минимальный коэффициент армирования колонн
Минимальный коэффициент армирования колонн необходим для обеспечения сопротивления изгибу, который может произойти независимо от результатов анализа. Оно также необходимо для снижения влияния усадки и ползучести бетона при длительных сжимающих нагрузках.
Минимальный коэффициент армирования в колонне предотвращает выход стальных стержней из строя при длительной эксплуатационной нагрузке. Стандарт ACI 318-19 устанавливает минимальный коэффициент продольного армирования для колонны, равный 0,01 от общей площади колонны.
5. Минимальное армирование для соединений между монолитными элементами и фундаментом
Минимальная площадь арматуры, пересекающей границу раздела литой колонны или постамента и фундамента, должна быть в 0,005 раз больше общей площади поддерживаемого элемента.
Максимальный коэффициент армирования
Максимальный коэффициент армирования – это верхний предел количества стали, которое может быть введено в бетонные элементы. Он обычно устанавливается по различным причинам, которые рассматриваются ниже:
1. Максимальный коэффициент армирования в балках
Максимальный коэффициент армирования для балок предусмотрен для предотвращения раздавливания бетона, что является нежелательным способом разрушения и предотвращается кодексом ACI. Он также позволяет избежать использования чрезмерной площади стали, которая не дает реальных преимуществ. Таким образом, это помогает добиться экономии при проектировании железобетонных балок.
Если балка имеет коэффициент армирования выше, чем максимальный коэффициент армирования, она называется переармированной бетонной балкой и обычно разрушается при сжатии.
Переусиленная железобетонная балка разрушается при сжатии, не использовав весь потенциал прочности стальных стержней. Максимальный коэффициент армирования для балок может быть рассчитан с помощью уравнения 3.
2.Максимальный коэффициент армирования в колоннах
Максимальное армирование было установлено для обеспечения достаточного уплотнения бетона вокруг стальных стержней и для того, чтобы спроектированные колонны были похожи на образцы для испытаний, согласно ACI 318.19.
Максимальный коэффициент армирования для колонн составляет 0,08 от общей площади колонны. Это обеспечивает экономию при проектировании колонн и предотвращает перегрузку стали, которая в противном случае препятствует правильной укладке бетона.
На практике рекомендуется принимать максимальный коэффициент армирования, равный 0,04 от общей площади колонны, чтобы избежать чрезмерного усиления в местах сращивания стальных стержней.
Минимальный коэффициент армирования на сдвиг
Аналогично минимальному армированию при изгибе, рассмотренному выше, ACI 318-19 устанавливает минимальный коэффициент армирования для сдвига в балках и т.д.
1. Минимальный коэффициент усиления на сдвиг в балках
Минимальная площадь сдвигового армирования должна быть обеспечена во всех областях балки, где приложенный сдвиг превышает половину расчетной прочности бетона на сдвиг.
Минимальное поперечное армирование (Av,min) в балках должно быть равно большему из следующих значений:
Av,min=0.062*fc'(0.5)*(bw*s/fyt) Уравнение 4
Av,min=0.35*(bw*s/fyt) Уравнение 5
s: межцентровое расстояние между стременами, мм
fyt: предел текучести стального стержня стремена, МПа
2. Минимальное продольное и поперечное армирование в монолитных стенах
Если приложенный в плоскости сдвиг (Vu) монолитной стены равен или меньше значения, полученного из уравнения 6, используйте значения, приведенные в таблице 1, в качестве минимального армирования в продольном и поперечном направлении.
Однако, если приложенный сдвиг в плоскости (Vu) больше, чем значение, полученное из уравнения 6, то (ρt= 0,0025) и значение (ρℓ) является наибольшим из 0,0025 и результата из уравнения 7.
hw: высота всей стены от основания до верха, мм
lw: длина всей стены, мм
Таблица-1: Минимальное продольное и поперечное армирование стен
Тип ненапрягаемой арматурыРазмер прутка/проволокиfy, МПаМинимальный коэффициент продольного армирования, ρℓМинимальный коэффициент поперечного армирования минимальный коэффициент поперечного армирования, ρtДеформированные стержни≤ Нет. 16≥4200.00120.0020Деформированные стержни> № 16<4200.00150.0025Сварная проволочная арматура≤ MW200 или MD200Есть0.00150.0025Деформированные стержни или сварная проволочная арматураЕстьЕстьЕсть0.00120.0020
Продольная и поперечная арматура в бетонной стене
Вопросы и ответы
Что такое минимальное армирование в балке?
Минимальное армирование – это наименьшая площадь стали, которая предотвращает раннее вязкое разрушение балки, когда бетон теряет прочность на растяжение под действием приложенных нагрузок.
Почему в балке предусматривается минимальное поперечное армирование?
1. Для предотвращения внезапного разрушения балки, когда бетонное покрытие лопается и теряет связь с напрягаемой сталью.
2. Чтобы избежать хрупкого разрушения при сдвиге, которое может произойти без поперечного армирования.
3. Предотвратить разрушение при растяжении вследствие усадки, термических напряжений и внутренних трещин в балке.
4. Для удержания продольных стальных стержней в их положении во время бетонирования.
Каков минимальный коэффициент армирования в колонне?
Минимальный коэффициент армирования для колонны равен 0,01.
Как рассчитать минимальную площадь армирования колонны?
Минимальная площадь армирования колонны равна площади колонны брутто, умноженной на 0,01.
Почему в плитах используется усадочное и температурное армирование?
Бетонная плита расширяется и сжимается при колебаниях температуры. Когда свежий бетон застывает и быстро теряет влагу, он сжимается и создает напряжение в бетоне. Сжатие и расширение бетона приводит к образованию трещин, если это не учитывается при проектировании.
Поэтому для борьбы с трещинами, возникающими из-за перепадов температуры и усадки бетона, предусматривается температурное и усадочное армирование.
Проектирование прямоугольной железобетонной балки
Железобетонная плита Руководство по проектированию и детализации IS456: 2000
Читайте далее:- Как спроектировать одностороннее перекрытие в соответствии с ACI 318-19? | Прилагается пример.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Проектирование прямоугольной железобетонной балки.
- Теория линии текучести для проектирования перекрытий – допущения, методы анализа.
- ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОНН С ОСЕВОЙ НАГРУЗКОЙ.
- ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.