Как армирование влияет на прочность монолитного фундамента

Армирование — это установка стальных стержней в опалубку до заливки бетона. После заливки бетон и сталь работают вместе, и такую конструкцию называют железобетонной.

Что такое арматура в строительстве

Арматура — стальные стержни, которые закладывают в бетон. Для фундаментов берут стержни с рёбрами на поверхности, их называют арматурой периодического профиля: рёбра цепляются за бетон, и стержень не проскальзывает. Размер арматуры указывают диаметром в миллиметрах, прочность стали — классом. И то и другое записано в проекте фундамента. Класс стали и диаметры рабочих стержней, хомутов и поддерживающих элементов берут из проекта. В спецификации проекта и в КП арматуру считают по массе, в тоннах, отдельно по каждому диаметру.

Каркас на объекте вяжут арматурщики: соединяют стержни вязальной проволокой по чертежу, ставят фиксаторы и выпуски.

Как работает арматура в бетоне

Представьте плиту под домом. Если грунт под её серединой сел чуть больше, чем по краям, плита прогибается: верх сжимается, низ растягивается. Бетон сжатие держит хорошо, а на растяжении трескается при небольшой нагрузке. Нижняя сетка арматуры берёт растяжение на себя. При пучении всё наоборот: грунт поднимает середину или край, и растянутым оказывается верх. Поэтому в плите две сетки, нижняя и верхняя.

Бетон в ответ защищает сталь: пока арматура закрыта слоем бетона, она не ржавеет. Этот слой называют защитным, и его толщину тоже задаёт проект. Расстояние от стержня до поверхности бетона — это защитный слой, расстояние между соседними стержнями — шаг. Оба размера стоят на чертеже армирования, и по ним проверяют каркас.

Когда в конструкции две сетки, у каждой поверхности своя, говорят о двойном армировании. Его делают там, где растянутой может оказаться любая сторона: в плите, в стенах цоколя, в подпорных стенах.

Арматура в стене

В монолитной стене арматура идёт двумя сетками, у наружной и внутренней поверхности. Вертикальные стержни выходят из фундамента выпусками, к ним вяжут стержни стены. Горизонтальные стержни держат сетку и работают на изгиб, когда на стену давит грунт. Сетки связывают между собой поперечными шпильками, чтобы при заливке они не разошлись. Как армируют стены подземного этажа, мы разобрали в статье о цокольном этаже без протечек.

Без арматуры трещина от растяжения раскрывается и проходит через всё сечение, и фундамент разделяется на части. С арматурой бетон тоже может дать тонкую трещину, но сталь не даёт ей раскрыться: конструкция продолжает работать как одно целое. Ширину таких трещин ограничивает расчёт.

Арматура работает против трёх нагрузок:

• неравномерная осадка, когда грунт под разными частями дома сжимается по-⁠разному
• пучение, когда мёрзлый грунт поднимает фундамент снизу или тянет за бока
• усадка и перепады температуры: бетон при твердении уменьшается в объёме, а зимой и летом расширяется и сжимается

Поэтому армирование усиливают там, где нагрузка собирается в одной точке: под несущими стенами, колоннами, в углах и на примыканиях. Шаг стержней там меньше или диаметр больше.

Если арматуры не хватило или она легла не туда, это видно не сразу. Через одну-⁠две зимы в плите или цоколе появляются трещины вдоль стен, они раскрываются, через них идёт вода, а на бетоне проступают ржавые потёки. Исправлять такой фундамент под стоящим домом приходится усилением снаружи или изнутри, и это дороже всей арматуры, которую сэкономили.

• Рабочая арматура берёт усилия, которые посчитал инженер. Её диаметр и шаг задаёт расчёт
• Конструктивная арматура держит форму каркаса и сдерживает усадочные трещины там, где больших усилий нет
• Поперечная арматура связывает сетки и стержни между собой: хомуты в ленте, поддерживающие элементы между нижней и верхней сеткой плиты
• Выпуски — концы стержней, которые оставляют торчать из фундамента, чтобы связать с ним стены, колонны или цоколь

Конкретные диаметры для плиты на разных грунтах мы разобрали в статье армирование монолитной плиты фундамента.

«Чем больше арматуры, тем крепче» — так кажется, но фундамент от лишнего металла надёжнее не становится. Надёжность дают нужный диаметр в нужном месте, правильный шаг, стыки и защитный слой. Лишняя арматура увеличивает цену, а слишком частая сетка мешает бетону пройти между стержнями. Долю стали в сечении бетона называют процентом армирования, и её тоже считает инженер.

Плита. Две сетки, нижняя и верхняя, на фиксаторах, которые держат защитный слой. Верхнюю сетку поддерживают вертикальные элементы. Под стенами и колоннами добавляют стержни, по краю плиты сетки связывают П-⁠образными элементами.

Лента. Пространственный каркас: продольные стержни сверху и снизу, между ними хомуты. В углах и на примыканиях стержни загибают и заводят друг в друга, чтобы лента работала как одно целое.

Стакан под колонну. Сетка в подошве и каркас стенок стакана, в который потом ставят колонну. Если колонна металлическая, в бетон закладывают закладные детали и анкеры по чертежу каркаса.

Армирование — скрытая работа: после заливки его не проверить. Поэтому его принимают до бетона, по проекту. Что видно глазом:

1. 1Арматура лежит на плёнке или грунте. Фиксаторов нет или мало, защитного слоя снизу не будет, и сталь начнёт ржаветь
2. 2Верхняя сетка проседает под ногой. Поддерживающих элементов мало, и при заливке сетка опустится
3. 3Шаг и диаметр отличаются от проекта. Рулетка и чертёж показывают это за пять минут
4. 4Короткие нахлёсты в местах, где стержни продолжают друг друга, или все стыки в одном сечении
5. 5Нет усиления в углах и под стенами, которое есть в проекте
6. 6Сварка вместо вязки там, где её не предусмотрел проект

Полный список, что проверять на каждом этапе, — в статье приемка фундамента.

«Армирование — дело бригады» — бригада вяжет каркас, а схему даёт проект. Перед заливкой каркас сверяют с чертежами. Заказчику стоит увидеть армирование до бетона: на объекте или на фото этапа.

Армирование считает проектировщик-конструктор по нагрузкам дома и геологии участка. Схема армирования, спецификация стержней и узлы входят в проект фундамента, в раздел конструкций железобетонных. Без этой схемы бригада кладёт арматуру «как обычно»: где-⁠то с перерасходом, где-⁠то с недобором. Проект делаем и отдельно: проектирование фундамента.

Что искать в проекте: чертежи нижней и верхней сеток, разрезы с толщиной защитного слоя, схему стыков и спецификацию с диаметрами и массой стали. По спецификации видно, сколько арматуры заложено, и с ней можно сверить строку «арматура» в КП.

Пришлите проект и геологию: посчитаем фундамент.