Как правильно рассчитать диаметр арматуры для ленточного фундамента?

Назначение армирования

Арматура оказывает сопротивление нагрузкам на фундамент со стороны грунта и самого здания Ленточные фундаменты представляют собой монолитную фундаментную конструкцию из железобетона. Изготавливают основание непосредственно на месте постройки.

Железобетон — бетон, внутри которого расположен металлический каркас из арматуры. Металл позволяет выдержать поперечные нагрузки, которые создают:

• снизу-вверх — процессы пучения грунта;
• сверху вниз масса постройки.

Чистый бетон поперечным нагрузкам сопротивляется плохо. Сталь, заложенная внутрь конструкции, способна сделать фундамент в десятки раз прочнее.

Под нагрузкой каждый метр бетона может растягивается на 2–4 мм, тогда как сталь от 4 до 25 мм. Бетон же во много раз лучше переносит сжатие.

Алгоритм работы при давлении сверху:

1. Нагрузка давит на поверхность фундамента, который начинает прогибаться.
2. Верхний слой бетона противостоит сжатию, верхний ряд арматуры при этом бездействует.
3. Нижняя часть фундамента пытается удлиниться.
4. Нагрузкам на растяжение сопротивляется нижний ряд стержней.

Требования к арматуре

Во время армирования ленточных фундаментов устанавливается вид и контролируемые значения качества арматуры. Стандартами допускается к применению горячекатаная строительная арматура периодического профиля, термически обработанная арматура или механически упрочненная арматура.

Строительная арматура

Класс арматуры выбирается с учетом гарантированного значения предела текучести при максимальных нагрузках. Кроме характеристик на растяжение, нормируется пластичность, стойкость к коррозии, свариваемость, устойчивость к отрицательным температурам, релаксационная стойкость и допустимое удлинение до начала разрушительных процессов.

Таблица классов арматуры и марок стали

Тип профиля	Класс	Диаметр, мм	Марка стали
Гладкий профиль	А1 (А240)	6-40	Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп
Периодический профиль	А2 (А300)	10-40, 40-80	Ст5сп, Ст5пс, 18Г2С
Периодический профиль	А3 (А400)	6-40, 6-22	35ГС, 35Г2С, 32Г2Рпс
Периодический профиль	А4 (А600)	10-18 (6-8), 10-32 (36-40)	80С, 20ХГ2Ц
Периодический профиль	А5 (А800)	10-32 (6-8), (36-40)	23Х2Г2Т
Периодический профиль	А6 (А1000)	10-22	22Х2Г2АЮ, 22Х2Г2Р

Расчет ленточного фундамента производится в соответствии с рекомендациями ГОСТ 27751, рассчитываются показатели предельных нагруженных состояний по группам.

К первой группе отнесены состояния, приводящие к полной непригодности фундамента, ко второй группе отнесены состояния, приводящие к частичной потере устойчивости, затрудняющие нормальную и безопасную эксплуатацию зданий. По предельно допустимым состояниям второй группы производятся:

• расчеты по появлению первичных трещин на поверхности ленточного фундамента;
• расчеты по временному периоду увеличения образовавшихся трещин в бетонных конструкциях;
• расчеты по линейным деформациям ленточных фундаментов.

К основным показателям по устойчивости к деформации и прочности строительной арматуры относится максимальная прочность при растяжении или сжатии, определяемая в лабораторных условиях на специальных испытательных стендах. Технология и методы испытаний прописаны в государственных стандартах. В некоторых случаях производитель может пользоваться нормативно-технической документацией, разработанной предприятием. При этом нормативно-техническая документация должна в обязательном порядке утверждаться контролирующими органами.

Для бетонных конструкций эти значения могут ограничиваться максимальными показателями изменения линейности бетона. В качестве обобщенных показателей принимаются фактические диаграммы состояния арматуры при кратковременном одностороннем воздействии расчетных нормативных нагрузок. Характер диаграмм состояния строительной арматуры устанавливается с учетом ее конкретного вида и марки. Во время инженерного расчета армированного фундамента диаграмма состояний определяется после замены нормативных показателей фактическими.

Пример расчета армирования фундамента

Попробуем рассчитать, сколько потребуется материалов для обустройства армирования конкретного ленточного фундамента с чертежами. Допустим, мы строим из строительных блоков (шириной 0,4 м)   небольшой загородный дом с габаритными (внешними) размерами 5×8 м. Характер почвы на нашем участке позволяет сделать высоту полосы 0,9 м, ее ширину 0,4 м, что соответствует ширине строительного материала стен. В арматурном каркасе для ленточного фундамента будем использовать продольные рабочие прутья диаметром 12 мм и □-образные поперечные хомуты, изготовленные из прутков диаметром 8 мм.

Армирование мелкозаглубленного ленточного фундамента:

На фото видно, что расстояние между рабочими продольными прутьями (0,4 м) и шаг □-образных поперечных хомутов (0,5 м) выбраны в соответствии с требованиями нормативных документов.

Проверяем относительное содержание продольных рабочих прутков в нашей железобетонной конструкции. Для этого воспользуемся следующими терминами и обозначениями:

• h – высота фундамента (900 мм);
• w – ширина фундамента (400 мм);
• Sₒ – площадь поперечного сечения фундамента;
• Sₐ – суммарная площадь поперечных сечений продольных прутьев (6 штук);
• r – радиус продольного прутка (6 мм), который равен d/2, где d – диаметр прутка (в нашем случае d=12 мм);
• D – относительное содержание рабочих прутков в «теле» фундамента.

Sₒ = h∙w = 900∙400 = 360000 мм²

Sₐ = 6∙π∙r² = 6∙3,14∙6² = 678,24 мм²

D = (Sₐ∙100)/ Sₒ = (678,24∙100)/360000 = 0,1884 ≈ 0,19 % (что в 1,9 раза превышает минимально допустимое значение, то есть схема армирования ленточного фундамента выбрана нами правильно).

Расчет количества продольных прутьев

Для того чтобы определить сколько стандартных продольных прутьев (6 м) нам необходимо, воспользуемся следующими величинами:

• L – длина фундамента (8000 мм);
• W – ширина фундамента (5000 мм);
• P – периметр;
• N – количество продольных элементов (в нашем случае 6 штук);
• X – общая протяженность продольных прутьев.

P = (L+ W)∙2 = (8000 + 5000)∙2 = 26000 мм = 26 м

X = P∙N = 26∙6 = 156 м

К полученной величине необходимо добавить 20 % (материал для изготовления Г-образных или П-образных элементов для правильного армирования углов и обеспечения достаточного нахлеста при стыковке элементов).

Xдоп = X∙0,2 = 156∙0,2 = 31,2 м

Окончательная общая длина продольного арматурного прутка:

Xок = X + Xдоп = 156 + 31,2 = 187,2 м

Стандартная длина арматурного прутка составляет 6 м. Осталось посчитать, сколько таких прутков необходимо: Xок/6 = 187,2/6 = 31,2 ≈ 32 штуки.

Изготовление поперечных элементов и расчет количества материала

Укладка арматуры в ленточный фундамент невозможна без установки поперечных (вертикальных) элементов. Обычно, для этих целей используют □-образные хомуты. Варианты хомутов:

Как видно из представленного фото все три варианта отличаются технологией изготовления, но расход прутка во всех случаях приблизительно одинаковый. Длина прутка (Ø=8 мм), необходимого для изготовления одного хомута: (800+300)∙2+250 = 2450 мм.

Вариант № 1

1. Отмеряем приблизительно 120 мм и с помощью приспособления для гибки выгибаем эту часть будущего хомута в виде крючка.
2. На расстоянии 800 мм от крюка загибаем пруток под углом 90˚.
3. Отмеряем 300 мм и делаем еще один загиб на 90˚.
4. От этого угла откладываем 800 мм и гнем прут на 90˚.
5. От полученного угла отмеряем 300 мм и загибаем второй крючок.

Вариант № 2

1. Отмеряем от конца заготовки 250 мм и с помощью приспособления выгибаем эту часть на 90˚.
2. Откладываем от полученного 800 мм и загибаем пруток под углом 90˚.
3. Отмеряем 300 мм и делаем еще один загиб на 90˚.
4. От этого угла откладываем 800 мм и гнем прут на 90˚.

Внимание! Место нахлеста прутков скрепляем точечной сваркой или 2÷3 скрутками из проволоки. Вариант № 3

Вариант № 3

1. Отрезаем от прутка две заготовки длиной по 860 мм каждая и две по 360 мм.
2. Складываем из них прямоугольник (выступ с каждой стороны составляет 30 мм).
3. Скрепляем углы хомута сваркой или проволочной скруткой.

Теперь рассчитаем, сколько хомутов необходимо для армирования нашего фундамента:

Q = P/T (P – периметр ленты фундамента, T – шаг расположения поперечных хомутов)

Q = 26/0,5 = 52 штуки

Плюс нам потребуются дополнительные хомуты для усиления каркаса в углах (по 2 штуки с каждой стороны всех четырех углов, то есть дополнительно 16 хомутов). На ленточный фундамент необходимо изготовить 68 □-образных поперечных хомутов.

Длина заготовки для одного элемента составляет 2450 мм, то есть из одного стандартного прутка мы сможем изготовить только 2 хомута. Требуемое число прутков (Ø=8 мм) – 34 штуки.

Расчет арматуры для ленточного фундамента

В ленточном фундаменте основная нагрузка на разрыв приходится вдоль ленты, то есть направлена продольно. Поэтому для продольного армирования выбирают пруток с толщиной 12-16 мм в зависимости от типа грунта и материала стен, а для поперечных и вертикальных связей допускается брать пруток меньшего диаметра – от 6 до 10 мм. В целом принцип расчета похож на расчет арматуры плитного фундамента, но шаг арматурной решетки выбирается 10-15 см, так как усилия на разрыв ленточного фундамента могут быть значительно больше.

Образец установки арматуры для ленточного фундамента

Пример расчета

Ленточный фундамент деревянного дома, ширина фундамента 0,4 м, высота – 1 метр. Размеры дома 6х12 метров. Грунт – пучинистые супеси.

1. Для выполнения ленточного фундамента обязательно устраивают две арматурные сетки. Нижняя арматурная сетка  предупреждает разрыв ленты фундамента при просадках грунта, верхняя – при его пучении.
2. Шаг сетки выбирается 20 см. Для устройства ленты фундамента необходимо 0,4/0,2= 2 продольных прутка в каждом слое арматуры.
3. Диаметр продольного прутка для деревянного дома – 12 мм. Для выполнения двуслойного армирования двух длинных сторон фундамента необходимо 2·12·2·2 = 96 метров прутка.
4. Для коротких сторон  2·6·2·2 = 48 метров.
5. Для поперечных связей выбираем пруток с диаметром 10 мм. Шаг укладки – 0,5 м.
6. Вычисляем периметр ленточного фундамента: (6+12) ·2 = 36 метров. Полученный периметр делим на шаг укладки: 36/0,5 = 72 поперечных прутка. Их длина равна ширине фундамента, следовательно, общее количество 72·0,4 = 28,2 м.
7. Для вертикальных связей также используем пруток D10. Высота вертикальной арматуры равна высоте фундамента – 1 м. Количество определяют по количеству пересечений, умножив число поперечных прутков на число продольных: 72·4 = 288 штук. При длине 1 м общая длина составит 288 м.
8. Таким образом, для выполнения армирования ленточного фундамента понадобятся:

• 144 метров прутка класса A-III D12;
• 316,2 метров прутка класса A-I D10.
• По ГОСТ 2590 находим его массу. Погонный метр прутка D16 весит 0,888 кг; метр прутка D6 – 0,617 кг. Вычисляем общую массу: 144·0,88 = 126,72 кг; 316,2·0,617= 193,51 кг.

Расчет вязальной проволоки: количество соединений можно рассчитать по количеству вертикальной арматуры, умножив его на 2 – 288·2 = 576 соединений.  Расход проволоки на одно соединение принимаем 0,4 метра. Расход проволоки составит 576·0,4 = 230,4 метров. Масса 1 метра проволоки с диаметром d=1,0 мм составляет 6,12 г. Для вязки арматуры фундамента потребуется 230,4·6,12 = 1410 г = 1,4 кг проволоки.

Выбор арматуры

Определившись с материалом армирующих стержней и отдав предпочтение стали, переходят к определению их длины, диаметра и марки. Делая выбор рабочей арматуры для ленточного фундамента, часто отдают предпочтение классам А2, А3, А5 и А6 с маркировками А300, А400, А800 и А1000, соответственно. Рифление на поверхности таких прутков обеспечивает хорошую сцепку с бетоном. В качестве дополнительной вертикальной поддержки применяется марка арматуры А240 класса А1 – горячекатаные гладкие стержни.

Диаметр арматуры зависит от нагрузки на основание. Лёгкие каркасные постройки требуют использования стержней, толщина которых находится в пределах 10–12 мм. Для двухэтажного дома понадобится армирование материалами диаметром до 16 мм. Укрепление по вертикали обеспечивается поперечными элементами, сечение которых равно 6–8 мм. Эту информацию следует учитывать при расчётах.

Стеклопластиковые аналоги стальных стержней могут иметь меньший диаметр, сохраняя свою прочность. Основная композитная арматура, предназначенная для строительства лёгкой постройки, может быть толщиной 12 мм. Если на ленточном фундаменте возводится гараж или ограждение, диаметр прутков из стеклопластика не превышает 8 мм. При строительстве кирпичных и бревенчатых зданий композитные материалы не используются.

Расстояния между прутьями

Определяя, какую арматуру лучше использовать для ленточных фундаментов, рекомендуется учитывать необходимость защиты стальных прутьев от коррозии. Для этого укладываемая по периметру арматура должна находиться на расстоянии 5–6 см от стенки опалубки, дна траншеи и верхней части основания. Так, например, при ширине основания 40 см придётся сделать армирование из прутьев, расположенных на расстоянии 30 см друг от друга по горизонтали. По вертикали, в зависимости от глубины фундамента, размеры зазора между стержнями составит от 15 до 30 см.

Вертикальное и поперечное армирование выполняется с помощью гладких прутков, диаметр которых равен 6–8 мм. Из-за меньшей нагрузки на эти элементы расстояние между ними принимается в пределах 15–35 см. При необходимости зазор может увеличиваться до 60 см.

Пример расчёта

Для определения диаметров, которые будет иметь готовая арматура, учитывают важный момент – площадь сечения стержней должна быть в 1000 раз меньше по сравнению с аналогичным параметром фундамента. Полученное значение делят на количество прутков, выбираемое в зависимости от расстояния между ними. По сечение определяют диаметр одного элемента – для упрощения расчётов можно воспользоваться специальной таблицей.

Для примера можно рассмотреть определение диаметров стержней одноэтажного дома, возводимого на ленточном фундаменте 400 х 1000 мм. Площадь сечения основания составляет 400000 кв. мм, тот же параметр арматуры равен 400000/1000 = 400 кв. мм. Предполагается, что диаметр элемента составляет 10 или 12 мм. По таблице можно найти два варианта – 4 прутка большего размера или 6 меньшего.

Строительство дома, фундамент – основа, от его качества зависит все

Фундамент и в частности арматурная решетка испытывают значительные нагрузки. Такое положение требует:

• оптимального расположения силовой решетки;
• выбора сечения арматуры.

Арматура в теле бетона воспринимает усилия растяжения и изгиба, распределяет напряжения в конструкции, препятствует появлению и раскрытию трещин.

Правильный выбор элементов каркаса позволит обеспечить необходимый запас прочности и продолжительность функционирования строения.

Расчет каркаса выполняется:

• с помощью различных программных средств и онлайн-калькуляторов;
• вручную по методикам СНиП. 

Армирование

Укрепление опоры необходимо для придания конструкции дополнительной жесткости, Вам нужно установить арматурные узлы на местах пересечения стен, а также под несущими стенами. Соединяются арматурные проволоки при помощи связок или сварного соединения.

Фото — арматура для ленточного фундамента

Фундамент для кирпичного двухэтажного дома нужно обязательно дополнительно армировать. Это поможет защитить основание от растяжения и деформации при эксплуатации. Лучше всего для высокого здания использовать ребристую арматуру. Она подойдет для каркасного здания и дома из газоблоков или газосиликата. Благодаря неравномерной структуре именно такая проволока обеспечивает максимальное сцепление с бетонным раствором фундамента.

Фото — варианты ленточного фундамента

Расчет диаметра продольной рабочей арматуры

Общая площадь сечения рабочей продольной арматуры должна быть как минимум 0.1% от площади сечения фундамента, то есть одна тысячная от сечения фундамента. Минимальный диаметр рабочих арматурных стержней – 12 мм.

Пример: высота ленты фундамента – 100 см, ширина – 40 см.

• Площадь сечения ленты – 4000 см2.
• Находим требуемое сечение рабочей арматуры – 4000/1000 = 4 см2.

Далее по таблице подбираем арматурные прутки требуемого диаметра, в зависимости от схемы армирования – 4 или 6 рабочих стержней.

В нашем случае это 4 прутка 12-го диаметра, так как в таблице ближайшее подходящее значение 4,52 см (452 мм).

Стоит отметить, что рабочие стержни продольной арматуры должны быть одного диаметра, но в случае, если у вас не хватает требуемой арматуры, то самые толстые стержни нужно располагать в нижнем ряду.

Нахлест стержней продольной арматуры должен составлять 40 диаметров арматуры, то есть 40*12=480мм.

Расстояние между хомутами (прямоугольными рамками) составляет 500 мм, а на углах – 300 мм.

Инструменты для вязки арматуры

Для вязки арматуры под ленточный фундамент понадобятся инструменты для гибки и крепежа.

Для скрепления

Для этого могут использоваться следующие приспособления:

• проволока;
• зажимные скобы;
• пластиковые хомуты.

На сегодняшний день арматуру можно скреплять готовыми к использованию специальными зажимными скобами (скрепками). Они изготавливаются из стали хорошего качества. Применять их очень просто: надеть на пересекающиеся пруты арматуры и стянуть их. При этом монтаж арматурных каркасов можно осуществить намного быстрее, не прикладывая значительных физических усилий. Единственный минус- это высокая стоимость.

Сегодня для того, чтобы скрепить арматуру, лучше использовать специальную стальную гибкую низкоуглеродистую проволоку. Она должна быть диаметром не менее 1,0 мм, но можно использовать 0,8 – 1,4 мм, в соответствии со стандартом.

Для вязки арматуры под ленточный фундамент требуются отрезки проволоки длиной 0,3 м. Причем, откусывать эти куски можно пассатижами или отрезать болгаркой.

Для упрощения этого процесса поступают следующим образом:

• сгибают всю проволоку так, чтобы получить отрезки равной длины;
• с помощью болгарки просто разрезают по этим меткам сразу весь пучок проволоки.

Для вязки арматуры под ленточный фундамент применяться следующие вспомогательные инструменты:

• пассатижи;
• щипцы;
• шуруповерт;
• вязальный крючок.

Выбор материала зависит от предпочтений и опыта строителя.

Для выполнения операции петлю вязальной проволоки закидывают вокруг арматуры, а концы прутов закручивают. Но обычно это занимает много времени и физической силы. Поэтому лучше использовать для этого крючок. Им работать быстрее и удобнее: крюк продевают в петлю скрутки и вращают. При этом проволока затягивается.

Еще один инструмент, быстро скрепляющий арматурные прутья,- это строительный винтовой вязальный крючок. Его не надо вращать вручную. Несмотря на то, что весь процесс происходит намного быстрее, это тяжелая физическая работа.

Отличительная черта пластикового хомута — это способность хорошо фиксировать элементы. Но, с другой стороны, вязка арматуры пластиковыми хомутами не может обеспечить достаточную прочность соединения.

Вязальная проволока имеет малый диаметр и низкую прочность, поскольку проходит отжиг для мягкости. Поэтому ее легко разорвать избыточной затяжкой при вязке

Так, если нечаянно наступить на верхнюю часть конструкции или неосторожно заливать арматуру, крепления могут лопнуть. К тому же, в таких случаях аккуратно стоит применять и строительные вибраторы

Поэтому лучше остановить свой выбор на электроинструментах, особенно, если объем работ достаточно большой.

Народные умельцы придумали свои способы. Например, аккумуляторным шуруповертом или дрелью (хотя это и не лучший вариант, т.к. проволока часто рвется) вязать арматуру намного быстрее.

Но чаще всего используется, все-таки, шуруповерт. Для этого в патрон вставляют вязальный крючок. Его можно приобрести в магазине, а можно сделать своими руками из проволоки диаметром 4 мм, отрезка электрода, или толстого гвоздя. Такими нехитрыми способами процесс вязки пойдет заметно быстрее, и при этом будет затрачиваться меньше энергии.

Для гибки арматуры можно воспользоваться приобретенными в магазине приспособлениями, а можно попробовать сделать их своими руками. Тем более, что это позволит снизить себестоимость конструкции.

Для гибки арматуры

Существуют следующие приспособления для выполнения этой операции:

• с механическим приводом;
• ручные.

Так как в индивидуальном строительстве часто приходится резать проволоку, ручные станки для гибки стали практически незаменимыми в современных стройках. Конструкции таких станков могут отличаться друг от друга, но принцип их действия одинаков. Так, металлическую часть закрепляют между упорным и центральным валами инструмента. Гибочный вал загибает прут в нужную сторону. Упорный вал фиксирует незадействованные части заготовки.

Благодаря гибочным инстументам, любой прут можно согнуть быстро без особых усилий, добиваясь необходимой формы.