Приветствую, друзья! Сегодня мы рассмотрим назначение арматурных стержней в балке. Зачем арматура ставится в то или иное место балки, почему она определенной формы и почему она в одних местах ставится реже, а в других чаще. И разберем мы все эти вопросы на примере простейшей однопролетной железобетонной балки, работающей на изгиб от вертикальных нагрузок, расположенных сверху.
Имеется балочка вот такая пролетом 6м на двух опорах по краям. Мы нагружаем ее нагрузкой и балка получает изгиб. Изгибаться она будет в любом случае какого бы сечения она не была (маленького или большого). Просто величина изгиба будет разная, но балка при нагружении получает изгиб, а значит и внутри материала балки (бетона и арматуры) возникают напряжения.
Даже для человека, не знакомого с сопроматом из формы изгиба балки видно, что нижняя часть балки растягивается от изгиба, а верхняя сжимается. Отсюда следует, что, даже не зная науки сопротивления материалов, мы можем сделать простейший вывод, что нам нужна ближе к низу балки арматура, чтобы балка просто не треснула и не сломалась от изгиба, так как бетон практически не сопротивляется растяжению. Таким образом, нижняя арматура балки нам нужна, как элемент, воспринимающий растягивающие усилия в нижней части балки.
Но зачем нам верхняя арматура тогда? Ведь бетон в верхней части сжимается и на сжатие работает очень хорошо. Дело в том, что в балках иногда возникают столь сильные сжимающие напряжения от изгиба, что даже в сжатой зоне бетона нам приходится ставить дополнительное усиление в виде стальной арматуры, чтобы помочь бетону сопротивляться сжатию. Но в большинстве случаев верхняя арматура в подобных однопролетных балках ставится только из конструктивных соображений. Давайте разберем каких именно. Основных таких конструктивных факторов три:
1. Верхняя продольная арматура балки нужна, чтобы исключить растрескивание бетона при твердении (при усадке).
2. Верхняя арматура исключает разрушение балки на монтаже, когда ее поднимает кран или производится установка в проектное положение. В таких случаях присутствует динамическая знакопеременная нагрузка и верхняя арматура становится необходимой.
3. Ну и последний фактор – продольная верхняя арматура нужна для фиксации поперечной арматуры балки, к которой мы как раз и переходим.
Зачем нужна вот эта поперечная арматура? Ведь вроде только растяжение и сжатие в балке снизу и сверху.
Однако поперечная арматура также нужна и на это есть два основания:
1. Конструктивно поперечная арматура ставится, чтобы объединять горизонтальную продольную верхнюю и нижнюю арматуру в жесткий каркас. Грубо говоря, чтобы в процессе бетонирования балки продольные стержни никуда не уехали.
2. А вот если в балке на опорах есть серьезные поперечные усилия, то тогда поперечная арматура в виде хомутов или отдельных стержней нужна уже по расчету, чтобы бетон балки также не разрушился от поперечных сил. А так как поперечные силы всегда максимальны на опорах и уменьшаются к центру балки, то, как вы видите на модели, возле опор шаг поперечной арматуры делается меньше, а в середине балки больше, так как в середине балки поперечная арматура играет роль только конструктивную для сохранения геометрии каркаса в процессе ее бетонирования.
Поперечная арматура обычно бывает 2-х видов. Первый вариант в виде гнутых цельных хомутов, как мы видим сейчас. Это делается обычно, когда диаметр поперечной арматуры 6-8 мм. В этом случае легко согнуть и смонтировать такой цельный элемент. Когда же диаметры по расчету нужны больше, то применяется уже сварной каркас с прямыми стержнями.
Подобные каркасы также делаются если подрядчики на монтаже хотят меньше заниматься ручной работой и тогда на заводе делаются цельносварные пространственные каркасы при помощи точечной сварки и целиком монтируют такой каркас в опалубку для балки.
Сегодня мы рассмотрели простейший случай работы балки в конструкции. Но в монолитных современных зданиях обычная балка подвержена гораздо более сложному напряженно-деформированному состоянию, включая даже кручение и как раз подобные случаи мы рассмотрим в следующих видео про железобетон.
Всем качественных проектов и красивых конструкций. Всем пока!