Выполняется армирование колонн пространственными каркасами. Вяжут и сваривают каркасы из арматуры рабочей и конструкционной. Используются схемы армирования с продольными стержнями, поперечными хомутами, сетками, усиливающими спиралями и стяжками.

Выбор арматуры по характеристикам

Стальные пространственные каркасы работают внутри железобетонных колонн на растяжение, изгиб, кручение и сдвиг. Поэтому основная характеристика арматуры предел текучести. Для лучшего сцепления с бетоном наружная поверхность имеет неровную поверхность – рифление.

По этим двум показателям арматуре присваивается «класс»:

• АI – соответствует зарубежному А240;
• АII – аналог А300;
• АIII – то же самое, что и А400;
• АIV – аналог А600;
• АV – соответствует А800;
• Специальный – А500С.

Цифра указывает предел текучести в МПа. Вся арматура рифленая, кроме гладкой АI (А240). В документации используется двойная запись, российская снаружи, по западным стандартам в скобках.

До 90-х годов прошлого века применялось только кольцевое рифление. Позже появились варианты серповидного двух и четырехстороннего, резьбового рифления.

Прутки и рулонный прокат могут соединяться между собой по длине обжимными и резьбовыми муфтами. Арматура с серповидным и кольцевым рифлением стоит дешевле в производстве. Но, требует применения более дорогой техники на стройплощадке для гидравлического обжима муфт.

Арматура с резьбовым рифлением фактически является длинными шпильками. Ее соединять по длине на порядок легче. Нужен лишь газовый ключ. Но производство обходится дороже.

Армирующий каркас собирается из продольных стержней и поперечных П-образных хомутов. Либо проволочными стяжками, либо точечной сваркой. Устанавливается в опалубку, остается в бетоне весь срок эксплуатации. В круглых колоннах поперечные хомуты имеют вид кольца, соответственно.

Такая технология называется ненапрягаемым армированием. Расход стального проката просто гигантский. Рабочими в схеме являются продольные прутки. Поэтому их диаметр больше, от 12 мм до 40 мм. Поперечные хомуты могут относиться и к рабочему и к конструктивному типу армирования. Они необходимы для обеспечения проектной геометрии каркаса. И предотвращают раскрытие трещин в бетоне. Гораздо меньший  процент арматуры расходуется в технологии преднапряженного бетонирования. Вместо прутков здесь используются тросы. Их натягивают с проектным усилием внутри опалубки.

Что позволяет создать внутри монолитной конструкции внутренние усилия. Которые компенсируют внешние нагрузки во время эксплуатации.

К сожалению, методика преднапряженных конструкций из железобетона не пригодна для строительства по месту. Чаще применяется в готовых плитах перекрытия, которые проще укладывать на место. Самый экономичный вариант для отливки ЖБ колонн по месту – это использовать стержневую арматуру с серповидным рифлением класса А500С и А500СП.  Из типовых марок сталей Ст3 спокойного, полуспокойного раскисления, 18ГС и 20ГСФ.

Кроме продольных стержней и поперечных хомутов в каркасы могут добавляться сетки. Например, с их помощью легче устанавливать пояса армирования пилонов – узких длинных колонн. Внутрь колонны 500х500 мм может закладываться спираль из арматуры или диагональные перемычки.

Защитный слой

Защитным слоем принято называть корку бетона поверх арматурного стержня, хомута. Назначение защитного слоя не ограничивается предотвращением коррозии стальной арматуры. Еще от повышает огнестойкость конструкции, обеспечивает устройство стыковки и анкеровки, совместной работы цементного камня и стали.

В сборных конструкциях армирование круглых колонн выполняется с защитным слоем рабочей арматуры на 5 мм меньше табличных значений. Для конструкционной арматуры табличные размеры уменьшают на 10 мм. С другой стороны, запрещено армирование колонны 400х400 мм с размером защитного слоя меньше 10 мм либо диаметра стержня, конструкционной или рабочей.

При толщине защитного слоя стойки больше 50 мм в него дополнительно укладывается согнутая в цилиндр сетка с площадью сечения от 0,05 мм. Это конструкционное армирование.

Расстояния в свету

Выполняется армирование колонны 300х300 мм и других типоразмеров, в том числе, с учетом расстояния между прутками в свету:

• не менее трех диаметров прутка;
• больше среднего размера фракции наполнителя бетона;
• до 400 мм для рабочей продольной арматуры.

При несоблюдении последнего максимального размера в каркас между рабочими прутками добавляется конструкционная арматура или сетка.

Продольное армирование колонн

В СП 28.13330 указан минимальный диаметр арматуры в колонне от 12 мм. Рекомендовано использовать стержни одинакового диаметра. Однако допускается применение двух типоразмеров. В этом случае толстая арматура смещается в углы, тонкая располагается на гранях.

В идеале берутся стержни или разматывается бухта необходимой длины. Стыки допускаются в нахлест, с обвязкой проволочными хомутами или сварным соединением. Их нужно стараться располагать в местах изменения сечения стоек.

Поперечное армирование колонн

В нижней таблице приведена зависимость диаметров арматуры продольной и поперечной:

Зачем нужна поперечная арматура в колонне из железобетона, можно понять из характеристик конструкционных материалов:

• бетон воспринимает колоссальные нагрузки на сжатие;
• сталь работает на растяжение, кручение, изгиб, сдвиг;
• в железобетоне свойства материалов объединяются.

Допустимый минимальный шаг поперечной арматуры в колонне составляет 12 и 15 диаметров прута для вязаных, сварных каркасов, соответственно. Максимальный шаг 400 мм и 500 мм при показателе расчетного сопротивления сжатию 450 – 500 кгс/см² и менее 400 кгс/см², соответственно.

Для колонн 300х300 мм и 400х400 мм допускается один цельный хомут П-образного или Т-образного профиля. Для больших сечений опор применяются два П-образных хомута, уложенных навстречу друг другу (П) или поперек друг друга (Т).

Проволочные и стержневые сетки косвенного армирования в колонне необходимы для придания каркасам проектной формы, усиления защитного бетонного слоя, прочих вспомогательных задач.

Анкеровка

В регламенте СП 63.13330 допускается  армирование колонны 500х500 мм с анкеровкой следующих типов:

• при помощи анкерных устройств – головка высаженная, гайка, шайба, пластина регулировочная и так далее;
• с монтажом изделий типа сварных сеток и П-образных стержней;
• с приваренными поперечными стержнями;
• при помощи загнутого конца в форме петли, лапки или крюка;
• прямым стержнем.

Длина выпуска анкеров зависит от напряжения в этой зоне, качества бетона, схемы армирования, класса рифленого стержня и его поперечного сечения.

Анкеры применяются для замоноличивания консоли опоры с балками и плитами перекрытий. При этом в плиту может вмуровываться подошва, средняя часть, оголовок стойки. Длина анкеровки минимальная либо 200 мм, либо 15 диаметров прутка.

Соединения

Для ненапрягаемой арматуры допустимы следующие варианты соединения:

• муфты – резьбовые или под опрессовку;
• сварка – только внахлест;
• вязка – проволочными хомутами, с загибом или с прямыми концами.

Без сварки по ГОСТ допускается армирование колонн 400х400 мм с наращиванием стержней не более 40 мм в диаметре. В поперечном сечении места стыка процент армирования не должен превышать 50% или 25% для рифленого, гладкого прутка, соответственно.

Минимальное расстояние соединений в свету на чертеже составляет 30 мм или 2 диаметра стержня. Перепуск в нахлесте должен быть больше 250 мм или 20d.

Гнутые стержни

В 75% случаев армирование монолитной колонны выполняется с выпуском концов прутков в плиты и балки для обеспечения монолитной конструкции силового пространственного каркаса здания.

По умолчанию чертеж изгиба, отгиба должен обеспечивать безопасность бетона внутри загнутого участка. Другими словами, цементный камень не должен крошиться и трескаться внутри петли, крюка.

Поэтому гнутся прутки при помощи оправки, диаметр которой зависит от аналогичного параметра стержня. Дополнительно следует учесть шаг прямой и косвенной арматуры в колоне, плите, балки. Чтобы торчащий хвост можно было связать с соседним каркасом ж/б изделия.

Выпуски

Кроме анкеровки выпуски арматуры из колонны используются еще и в местах перехода поперечного ее сечения. В этом случае форма выпущенных стержней прямая. Но концы еще и отогнуты внутри с уклоном 1/8 – 1/6, как на нижней схеме.

При этом шаг поперечной арматуры в колонне может меняться или оставаться прежним. В зависимости от сборных нагрузок этажа.

Схемы армирования колонн

Кроме тела колонна в большинстве случаев имеет дополнительные элементы:

• подколонник – стакан, жестко связанный с фундаментом, в который устанавливается стойка;
• капитель – уширение оголовка опоры;
• консоль – боковой выступ под укладку плит, балок.

И если сама схема армирования колонны достаточно простая – вертикальные прутки, обвязанные рядами горизонтальных хомутов. То, для капителей и консолей разработаны специальные схемы армирования.

Например, типовое армирование консоли колонны производится по следующим схемам:

Для капителей поперечная арматура в колонне располагается следующим образом в месте уширения оголовка:

И это гораздо сложнее, чем арматурные выпуски из кирпичной колонны в балку из железобетона. Но и значительно прочнее, долговечнее.

Процент армирования колонн

Так как определяется процент армирования колонны простым арифметическим действием:

Ра/Рк

То, с его вычислением никаких проблем не возникает. Это показатель количества металла в поперечном разрезе бетона. Рекомендуется максимальный процент армирования колонн 5%. Оптимальным значением является 0,3 – 4%.

Минимальный процент армирования колонн нормативными документами в РФ не ограничен. Но, при содержании в поперечном сечении бетона меньше 0,25% стали колонна из разряда железобетонных автоматически переходит в категорию бетонных конструкций.

Таким образом, в клонах используются сварные, вязанные каркасы. Состоящие из продольной рабочей, поперечной косвенной и конструкционной вспомогательной арматуры. Концы которой могут отгибаться для связки с каркасами балок, плит перекрытия.